JP2011146605A - Electronic apparatus - Google Patents

Electronic apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2011146605A
JP2011146605A JP2010007486A JP2010007486A JP2011146605A JP 2011146605 A JP2011146605 A JP 2011146605A JP 2010007486 A JP2010007486 A JP 2010007486A JP 2010007486 A JP2010007486 A JP 2010007486A JP 2011146605 A JP2011146605 A JP 2011146605A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spacer
iron core
magnetic flux
electric device
magnetostriction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010007486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Muramatsu
和弘 村松
Enki Ko
炎輝 高
Shigemasa Fukuuchi
重政 福内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SAO DENKI KOGYOSHO KK
Saga University NUC
Original Assignee
SAO DENKI KOGYOSHO KK
Saga University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SAO DENKI KOGYOSHO KK, Saga University NUC filed Critical SAO DENKI KOGYOSHO KK
Priority to JP2010007486A priority Critical patent/JP2011146605A/en
Publication of JP2011146605A publication Critical patent/JP2011146605A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic apparatus that logically calculates optimum hardness of an elastic material inserted into a gap between iron cores to reduce noise not only in a leg direction but also in a yoke direction and in a thickness direction. <P>SOLUTION: The electronic apparatus 1 formed by interposing a spacer 3 made of the elastic material in an intermediate portion of an iron core 2 extended by magnetostriction in a magnetic flux direction is characterized in that the spacer 3 is arranged such that an amount of deformation of the spacer 3 due to electromagnetic force of the iron core 2 matches an amount of magnetostriction of the iron core 2 caused by magnetic flux generated by the electromagnetic coil. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、鉄芯間に配設された弾性材からなるスペーサにより騒音を低減する電気機器に関する。   The present invention relates to an electric device that reduces noise by a spacer made of an elastic material disposed between iron cores.

電気機器の騒音を低減させる方法として、鉄芯の断面積を大きくし磁束密度を低下させ、振動源を小さくする方法や、電気を金属製のケースで囲み音を吸収する方法が用いられている。しかしながら、鉄芯の断面積を大きくすると鉄芯の量が増加してしまい、コスト面や機器の小型化の面で問題となってしまう。また、金属製のケースで囲む場合は、分厚い金属製ケースが必要となり、同様にコスト面や機器の小型化の面で問題となってしまう。   As a method of reducing the noise of electrical equipment, a method of increasing the cross-sectional area of the iron core to reduce the magnetic flux density, reducing the vibration source, and a method of absorbing electricity by enclosing electricity in a metal case are used. . However, when the cross-sectional area of the iron core is increased, the amount of the iron core increases, which causes a problem in terms of cost and device size reduction. In addition, when enclosing with a metal case, a thick metal case is required, which similarly causes problems in terms of cost and downsizing of the device.

そこで、鉄芯量を増加させずに騒音を低減する技術が開示されている(特許文献1ないし4を参照)。特許文献1に示す技術は、ギャップ付鉄芯を形成する絶縁スペーサにヤング率が高い部材を用いることにより、鉄芯の振動を抑制し、騒音、振動の低減を図るものであり、ガラス繊維、ケイ素等の添加材を加えて成る例えばポリエステル成形品でスペーサを形成し、添加材の材質及び量を調整することにより、スペーサのヤング率を1.5〜5.0×10kg/cmにすれば、振幅が約25μm以下となる。また、振幅最小の点は、ヤング率が3.0×10kg/cm付近で得られるものである。 Therefore, a technique for reducing noise without increasing the iron core amount is disclosed (see Patent Documents 1 to 4). The technique shown in Patent Document 1 uses a member having a high Young's modulus for an insulating spacer that forms a gapd iron core, thereby suppressing vibration of the iron core and reducing noise and vibration. A spacer is formed from, for example, a polyester molded product formed by adding an additive such as silicon, and the Young's modulus of the spacer is adjusted to 1.5 to 5.0 × 10 5 kg / cm 2 by adjusting the material and amount of the additive. In this case, the amplitude is about 25 μm or less. The point with the smallest amplitude is obtained when the Young's modulus is around 3.0 × 10 5 kg / cm 2 .

特許文献2に示す技術は、側面視コ字形状を有し、かつ対向配置された脚部同士が接着剤を用いて接合される一対のコアを具備したものであり、コアそれぞれの少なくとも一方の脚部同士間には、弾性素材からなり、かつ加圧されることによって厚みが調整されたギャップスペーサ板を介装しているフライバックトランスであり、本発明に係る組立方法は、脚部同士が対向配置され、かつ少なくとも一方側の脚部同士間には弾性素材からなるギャップスペーサ板が介装されたコアを対向方向に沿って加圧しあった状態下において接着剤を硬化させる工程を含むものである。   The technique shown in Patent Document 2 includes a pair of cores that have a U-shape in a side view and are opposed to each other and that are joined to each other using an adhesive, and at least one of the cores. It is a flyback transformer made of an elastic material and having a gap spacer plate whose thickness is adjusted by being pressed between the legs, and the assembly method according to the present invention includes the legs And a step of curing the adhesive in a state where a core in which a gap spacer plate made of an elastic material is interposed between at least one leg is pressed along the opposing direction. It is a waste.

特許文献3に示す技術は、2箇所の直線部と2箇所の湾曲部とからなるコアと、コアの各直線部に巻装されたコイルとを有する。コアの各直線部に2箇所以上のギャップが備えられる。各ギャップで分離された直線部の直線部コア体と湾曲部にそれぞれ位置される湾曲部コア体とがギャップに配置される高弾性材料からなるギャップ部材を介してそれぞれ固定される。各湾曲部コア体がそれぞれ収容ケースに固定されて両湾曲部コア体の相互間距離を一定に保持する。   The technique shown in Patent Document 3 includes a core composed of two straight portions and two curved portions, and a coil wound around each straight portion of the core. Two or more gaps are provided in each linear portion of the core. The straight portion core body of the straight portion separated by each gap and the curved portion core body respectively positioned at the curved portion are fixed via a gap member made of a highly elastic material disposed in the gap. Each bending portion core body is fixed to the housing case, and the distance between both bending portion core bodies is kept constant.

特許文献4に示す技術は、直流での磁歪が−1.5×(1/10)〜1.5×(1/10)である珪素鋼板からなり、コア構成部材どうしの突き当て部、さらに好ましくはコアのボルト締め部、ギャップ部が接着強度:100kgf/cm以上の接着剤で接着され、且つワニス含浸により積層した鋼板間の接着固定及びコイル固定がなされ、より好ましくはコア端面が鋼板の積層方向で溶接される。また、ギャップの大きさによっては、ギャップ部に硬度Hv:50以上の非磁性体からなるスペーサが挿入され、該スペーサとコア構成部材とが上記接着強度の接着剤で接着される。これらにより、コアの種々の要因による振動が著しく低減され、騒音が効果的に低減する。 The technique shown in Patent Document 4 is made of a silicon steel plate having a magnetostriction at DC of −1.5 × (1/10 6 ) to 1.5 × (1/10 6 ), and abutting portions between core constituent members More preferably, the bolted portion and the gap portion of the core are bonded with an adhesive having an adhesive strength of 100 kgf / cm 2 or more, and are bonded and coiled between the laminated steel plates by varnish impregnation, more preferably the end face of the core Are welded in the stacking direction of the steel plates. Further, depending on the size of the gap, a spacer made of a non-magnetic material having a hardness Hv: 50 or more is inserted into the gap portion, and the spacer and the core constituent member are bonded together with an adhesive having the above-described adhesive strength. As a result, vibration due to various factors of the core is remarkably reduced, and noise is effectively reduced.

特開昭58−131720号公報JP 58-131720 A 特開平9−102430号公報JP 9-102430 A 特開2006−351679号公報JP 2006-351679 A 特開平8−111322号公報JP-A-8-111322

しかしながら、特許文献1に示されるヤング率は、条件(例えば、鉄芯の長さ、断面積、磁束密度、歪量、スペーサの弾性率、厚み等)が異なる場合に適用できなくなる場合があり、多様化する様々な形状や用途に応じて臨機応変に対応できるものではない。   However, the Young's modulus shown in Patent Document 1 may not be applicable when conditions (for example, iron core length, cross-sectional area, magnetic flux density, strain amount, spacer elastic modulus, thickness, etc.) are different, It cannot respond flexibly according to various shapes and uses.

また、特許文献2及び3に示す技術についても、ギャップにおける弾性材の適正値の明確な算出方法が示されておらず、多様化する様々な形状や用途に応じて臨機応変に対応できるものではない。   In addition, the techniques shown in Patent Documents 2 and 3 do not show a clear calculation method for the appropriate value of the elastic material in the gap, and cannot respond flexibly according to various diversified shapes and applications. Absent.

さらに、特許文献1ないし4に示す技術は、ヨーク方向、及び厚み方向に対する振動が考慮されていないため、騒音の低減が十分な技術ではない。   Furthermore, since the techniques shown in Patent Documents 1 to 4 do not consider vibrations in the yoke direction and the thickness direction, noise reduction is not a sufficient technique.

そこで、本発明は鉄芯間のギャップに挿入する弾性材の最適な固さを論理的に算出すると共に、脚方向だけではなくヨーク方向、及び厚み方向における騒音も低減させることで機器全体の騒音や振動を抑えることができる電気機器を提供する。   Therefore, the present invention logically calculates the optimum hardness of the elastic material inserted into the gap between the iron cores, and reduces noise in the entire device by reducing not only the leg direction but also the yoke direction and the thickness direction. And electrical equipment capable of suppressing vibration.

本願に開示する電気機器は、電磁コイルに挿通され、磁気歪により磁束方向に延伸する鉄芯における中間部に弾性材からなるスペーサを介在させて形成される電気機器において、前記スペーサが、前記電磁コイルで生じる磁界による前記鉄芯の磁気歪の歪量に、前記鉄芯の電磁力による前記スペーサの変形量を一致させて配設されていることを特徴とするものである。   The electrical device disclosed in the present application is an electrical device that is formed by inserting a spacer made of an elastic material in an intermediate portion of an iron core that is inserted through an electromagnetic coil and extends in a magnetic flux direction due to magnetostriction. The amount of deformation of the spacer due to the electromagnetic force of the iron core is arranged to match the amount of magnetostriction of the iron core due to the magnetic field generated by the coil.

このように、本願に開示する電気機器は、電磁コイルで生じる磁界による鉄芯の磁気歪の歪量と鉄芯の電磁力によるスペーサの変形量とが一致することで、磁気歪による鉄芯の形状の変化(磁束方向への延伸)を、電磁力によるスペーサの変形(吸引力による磁束方向への収縮)により相殺して鉄芯表面の振動を抑えることができ、電気機器の騒音を格段に抑えることができるという効果を奏する。   As described above, the electrical device disclosed in the present application matches the amount of magnetostriction distortion of the iron core due to the magnetic field generated by the electromagnetic coil and the amount of deformation of the spacer due to the electromagnetic force of the iron core, thereby The shape change (stretching in the magnetic flux direction) can be offset by the deformation of the spacer by electromagnetic force (shrinkage in the magnetic flux direction due to the attraction force) to suppress the vibration of the iron core surface, greatly reducing the noise of electrical equipment. There is an effect that it can be suppressed.

本願に開示する電気機器は、前記スペーサが、前記電磁コイルにより生じる磁束と直交する方向に、前記鉄芯の脚部、及びヨーク部の中間部に配設されることを特徴とするものである。   The electric device disclosed in the present application is characterized in that the spacer is disposed in a middle portion of the iron core leg portion and the yoke portion in a direction orthogonal to the magnetic flux generated by the electromagnetic coil. .

このように、本願に開示する電気機器は、鉄芯の脚部、及びヨーク部の中間部に磁束と直交する方向にスペーサが配設されるため、脚方向の振動による騒音のみでなく、ヨーク方向の振動による騒音も低減させ、電気機器全体として大幅に騒音を低減することができるという効果を奏する。   As described above, since the spacer is arranged in the direction perpendicular to the magnetic flux in the intermediate portion of the iron core leg portion and the yoke portion in the electric device disclosed in the present application, not only the noise due to vibration in the leg direction but also the yoke. The noise due to the vibration in the direction is also reduced, and the noise can be greatly reduced as the entire electric equipment.

本願に開示する電気機器は、前記磁束と直交する方向に配設されるスペーサのヤング率
が、
In the electrical device disclosed in the present application, the Young's modulus E 1 of the spacer disposed in the direction orthogonal to the magnetic flux is

Figure 2011146605
Figure 2011146605

(ただし、α:定数(鉄芯の材料に応じた定数)、L:鉄芯の中心軸の長さ(スペーサの厚みを除く)、μ:スペーサの透磁率、G:スペーサの厚みとする)であることを特徴とするものである。 (However, α: constant (constant according to the material of the iron core), L t : length of the central axis of the iron core (excluding spacer thickness), μ g : permeability of spacer, G t : thickness of spacer And the like.

このように、本願に開示する電気機器は、上記式によりスペーサの最適なヤング率Eを算出することで、多様化する様々な形状や用途の電気機器に応じて、臨機応変に対応することができると共に、最適なヤング率でスペーサを配設することで鉄芯表面の振動を確実に抑え、騒音を大幅に低減することができるという効果を奏する。 Thus, electrical equipment disclosed in the present application, by calculating the optimum Young's modulus of the spacer E 1 according to the above equation, depending on the electrical equipment of various shapes and applications diversifying correspond flexibly In addition, by arranging the spacer with an optimal Young's modulus, it is possible to reliably suppress the vibration of the iron core surface and greatly reduce the noise.

本願に開示する電気機器は、前記スペーサが、前記電磁コイルにより生じる磁束と平行な方向に、前記鉄芯の脚部、及びヨーク部に配設されることを特徴とするものである。   The electric device disclosed in the present application is characterized in that the spacer is arranged on the leg portion and the yoke portion of the iron core in a direction parallel to the magnetic flux generated by the electromagnetic coil.

このように、本願に開示する電気機器は、鉄芯の脚部、及びヨーク部に磁束と平行な方向にスペーサが配設されるため、脚方向の振動による騒音のみでなく、厚み方向の振動による騒音も低減させ、電気機器全体として大幅に騒音を低減することができるという効果を奏する。   As described above, in the electrical device disclosed in the present application, since the spacer is disposed in the direction parallel to the magnetic flux in the iron leg portion and the yoke portion, not only the noise due to the vibration in the leg direction but also the vibration in the thickness direction. This also reduces the noise caused by the noise and greatly reduces the noise of the entire electrical equipment.

本願に開示する電気機器は、前記磁束と平行な方向に配設されるスペーサのヤング率Eが、 In the electric device disclosed in the present application, the Young's modulus E 2 of the spacer disposed in a direction parallel to the magnetic flux is

Figure 2011146605
Figure 2011146605

(ただし、β:定数(鉄芯の材料に応じた定数)、L:鉄芯の厚さ(スペーサの厚みを除く)、μ:スペーサの透磁率、G:スペーサの厚みとする)であることを特徴とするものである。 (However, β: constant (constant according to iron core material), L t : iron core thickness (excluding spacer thickness), μ g : spacer permeability, G t : spacer thickness) It is characterized by being.

このように、本願に開示する電気機器は、上記式によりスペーサの最適なヤング率Eを算出することで、多様化する様々な形状や用途の電気機器に応じて、臨機応変に対応することができると共に、最適なヤング率でスペーサを配設することで鉄芯表面の振動を確実に抑え、騒音を大幅に低減することができるという効果を奏する。 As described above, the electrical device disclosed in the present application is capable of adapting flexibly according to various diversified shapes and uses of electrical devices by calculating the optimum Young's modulus E 2 of the spacer by the above formula. In addition, by arranging the spacer with an optimal Young's modulus, it is possible to reliably suppress the vibration of the iron core surface and greatly reduce the noise.

本願に開示する電気機器は、前記スペーサが複数層からなり、当該複数層の層ごとに厚さ、及び/又は材質が異なることを特徴とするものである。   The electrical device disclosed in the present application is characterized in that the spacer includes a plurality of layers, and the thickness and / or material of each of the plurality of layers is different.

このように、本願に開示する電気機器は、スペーサが複数層からなり、当該複数層の層ごとに厚さ、及び/又は材質が異なるため、最適なヤング率のスペーサを形成してより効果的に騒音を低減することができるという効果を奏する。   As described above, the electrical device disclosed in the present application is more effective by forming a spacer having an optimal Young's modulus because the spacer includes a plurality of layers, and the thickness and / or material of each of the plurality of layers is different. In addition, there is an effect that noise can be reduced.

本願に開示する電気機器は、当該電気機器が三相変圧器、又は三相リアクトルであり、V相における脚部に配設された前記スペーサの磁気抵抗が、U相、又はW相における脚部、及びヨーク部に配設されたスペーサの磁気抵抗の合計値であることを特徴とするものである。   The electrical device disclosed in the present application is a three-phase transformer or a three-phase reactor, and the magnetic resistance of the spacer disposed on the leg portion in the V phase has a leg portion in the U phase or the W phase. And the total value of the magnetic resistances of the spacers arranged in the yoke portion.

このように、本願に開示する電気機器は、電気機器が三相変圧器、又は三相リアクトルであり、V相における脚部に配設されたスペーサの磁気抵抗が、U相、又はW相における脚部、及びヨーク部に配設されたスペーサの磁気抵抗の合計値であるため、三相の磁気抵抗のバランスを保ち、三相変圧器、又は三相リアクトルとして正確に機能させることができるという効果を奏する。   As described above, in the electric device disclosed in the present application, the electric device is a three-phase transformer or a three-phase reactor, and the magnetic resistance of the spacer disposed on the leg portion in the V phase is in the U phase or the W phase. Since it is the total value of the magnetic resistance of the spacers arranged in the leg part and the yoke part, it is possible to maintain the balance of the three-phase magnetic resistance and to function correctly as a three-phase transformer or a three-phase reactor. There is an effect.

本願に開示する電気機器は、当該電気機器の脚方向、ヨーク方向、及び/又は厚み方向に、前記鉄芯を固定する固定具を備えることを特徴とするものである。   The electric device disclosed in the present application is characterized by including a fixture for fixing the iron core in the leg direction, the yoke direction, and / or the thickness direction of the electric device.

このように、本願に開示する電気機器は、電気機器の脚方向、ヨーク方向、及び/又は厚み方向に、鉄芯を固定する固定具を備えるため、電流値の変化等によりスペーサの機能が十分に実現されない状況が生じた場合であっても、固定具によりある程度の振動を押さえ、騒音の発生を最小限に抑えることができるという効果を奏する。   As described above, since the electrical device disclosed in the present application includes the fixing device that fixes the iron core in the leg direction, the yoke direction, and / or the thickness direction of the electrical device, the function of the spacer is sufficient due to a change in the current value or the like. Even when a situation that is not realized in the above occurs, it is possible to suppress a certain amount of vibration by the fixture and to minimize the generation of noise.

第1の実施形態に係る電気機器における鉄芯の電磁力による変位を示す図である。It is a figure which shows the displacement by the electromagnetic force of the iron core in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器における鉄芯の磁気歪による変位を示す図である。It is a figure which shows the displacement by the magnetostriction of the iron core in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器における電磁力と磁気歪とによる変位を示す図である。It is a figure which shows the displacement by the electromagnetic force and magnetostriction in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器におけるスペーサの配置例を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the example of arrangement | positioning of the spacer in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器におけるスペーサの配置例を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the example of arrangement | positioning of the spacer in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器におけるスペーサの配置例を示す第3の図である。It is a 3rd figure which shows the example of arrangement | positioning of the spacer in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器にスペーサを挿入する場合の様子を示す図である。It is a figure which shows a mode in the case of inserting a spacer in the electric equipment which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電気機器に固定具を備えた場合の全体斜視図である。It is a whole perspective view at the time of providing a fixing tool in the electric equipment concerning a 1st embodiment. 実施例に係るリアクタの解析モデル、及びギャップの配置例を示す図である。It is a figure which shows the analysis model of the reactor which concerns on an Example, and the example of arrangement | positioning of a gap. 実施例に係るリアクタにおける電源供給下のコイル内電流を時間領域と周波数領域とで示した図である。It is the figure which showed the electric current in the coil under the power supply in the reactor which concerns on an Example in the time domain and the frequency domain. 柔らかいギャップを付加した場合の通常型の単相リアクタによる変位分布を示す図である。It is a figure which shows the displacement distribution by a normal type single phase reactor at the time of adding a soft gap. 硬いギャップを付加した場合の通常型の単相リアクタによる変位分布を示す図である。It is a figure which shows the displacement distribution by a normal type single phase reactor at the time of adding a hard gap. 硬いギャップを付加した場合の提案型の単相リアクタによる変位分布を示す図である。It is a figure which shows the displacement distribution by the proposal type single phase reactor at the time of adding a hard gap. ポイントsにおける電磁力と磁気歪との合計力量の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum of the total force quantity of the electromagnetic force and magnetostriction in the point s. ポイントpにおける変位のy成分の周波数スペクトルをμmとdBで表した図である。It is the figure which expressed the frequency spectrum of y component of displacement in point p by μm and dB. ポイントqにおける変位のx成分の周波数スペクトルをμmとdBで表した図である。It is the figure which represented the frequency spectrum of the x component of the displacement in the point q by micrometer and dB. 実験装置を示す図である。It is a figure which shows an experimental apparatus.

以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明は多くの異なる形態で実施可能である。従って、本実施形態の記載内容のみで本発明を解釈すべきではない。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。   Embodiments of the present invention will be described below. The present invention can be implemented in many different forms. Therefore, the present invention should not be construed based only on the description of the present embodiment. Also, the same reference numerals are given to the same elements throughout the present embodiment.

(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係る電気機器について、図1ないし図8を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る電気機器における鉄芯の電磁力による変位を示す図、図2は、本実施形態に係る電気機器における鉄芯の磁気歪による変位を示す図、図3は、本実施形態に係る電気機器における電磁力と磁気歪とによる変位を示す図、図4は、本実施形態に係る電気機器におけるスペーサの配置例を示す第1の図、図5は、本実施形態に係る電気機器におけるスペーサの配置例を示す第2の図、図6は、本実施形態に係る電気機器におけるスペーサの配置例を示す第3の図、図7は、本実施形態に係る電気機器にスペーサを挿入する場合の様子を示す図、図8は、本実施形態に係る電気機器に固定具を備えた場合の全体斜視図である。
(First embodiment of the present invention)
An electrical apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing displacement due to electromagnetic force of an iron core in the electric device according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram showing displacement due to magnetostriction of the iron core in the electric device according to the present embodiment, and FIG. The figure which shows the displacement by the electromagnetic force and magnetostriction in the electric equipment which concerns on this embodiment, FIG. 4 is the 1st figure which shows the example of arrangement | positioning of the spacer in the electric equipment which concerns on this embodiment, FIG. FIG. 6 is a third diagram illustrating an example of the arrangement of spacers in the electrical device according to the present embodiment, and FIG. 7 is an electrical device according to the present embodiment. FIG. 8 is a perspective view of the electrical apparatus according to the present embodiment when a fixture is provided.

図1は鉄芯の電磁力による変位を示しており、図1(A)が電磁力による鉄芯の磁束方向の変位を示す図であり、図1(B)が電磁力による鉄芯の磁束方向と垂直な方向の変位を示す図である。図1(A)において、電気機器1における鉄芯2の間にギャップが形成され、スペーサ3が挿入されている。スペーサ3は弾性材からなる絶縁物であり、電磁コイル(図示しない)により磁束が印加されると鉄芯2間の電磁力により吸引力が発生し、それぞれの鉄芯2が引き合う。スペーサ3は弾性材からなるため、図1(A)中の矢印aの方向に鉄芯の位置が変位して電気機器1が磁束方向と平行な方向に収縮する。   FIG. 1 shows the displacement of the iron core due to electromagnetic force, FIG. 1 (A) shows the displacement in the magnetic flux direction of the iron core due to electromagnetic force, and FIG. 1 (B) shows the magnetic flux of the iron core due to electromagnetic force. It is a figure which shows the displacement of the direction perpendicular | vertical to a direction. In FIG. 1 (A), a gap is formed between the iron cores 2 in the electrical equipment 1 and a spacer 3 is inserted. The spacer 3 is an insulator made of an elastic material. When a magnetic flux is applied by an electromagnetic coil (not shown), an attractive force is generated by the electromagnetic force between the iron cores 2 and the respective iron cores 2 attract each other. Since the spacer 3 is made of an elastic material, the position of the iron core is displaced in the direction of the arrow a in FIG. 1A, and the electric device 1 contracts in a direction parallel to the magnetic flux direction.

図1(B)の場合も同様に、鉄芯2の間に弾性材からなるスペーサ3が挿入されている。電磁コイル(図示しない)により磁束が印加されると鉄芯2間の電磁力により反発力が発生し、それぞれの鉄芯2が離れる。スペーサ3は弾性材からなるため、図1(B)中の矢印bの方向に鉄芯の位置が変位して電気機器1が磁束方向と垂直な方向に伸長する。   In the case of FIG. 1B as well, a spacer 3 made of an elastic material is inserted between the iron cores 2. When a magnetic flux is applied by an electromagnetic coil (not shown), a repulsive force is generated by the electromagnetic force between the iron cores 2 and the respective iron cores 2 are separated. Since the spacer 3 is made of an elastic material, the position of the iron core is displaced in the direction of the arrow b in FIG. 1B, and the electric device 1 extends in a direction perpendicular to the magnetic flux direction.

図1に対して、図2は磁気歪による鉄芯の変位を示しており、図2(A)が磁気歪による鉄芯の磁束方向の変位を示す図であり、図2(B)が磁気歪みによる鉄芯の磁束方向と垂直な方向の変位を示す図である。図2(A)、(B)に示すように、磁気歪により鉄芯2の形状が変形することで、電気機器1が磁束方向と平行な方向に伸長すると共に、磁束方向と垂直な方向に収縮する(矢印a、bを参照)。   2 shows the displacement of the iron core due to magnetostriction, FIG. 2 (A) shows the displacement of the iron core in the magnetic flux direction due to magnetostriction, and FIG. 2 (B) shows the magnetism. It is a figure which shows the displacement of the direction perpendicular | vertical to the magnetic flux direction of the iron core by distortion. As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the shape of the iron core 2 is deformed by magnetostriction, so that the electric device 1 extends in a direction parallel to the magnetic flux direction and in a direction perpendicular to the magnetic flux direction. Shrink (see arrows a and b).

前記図1、及び図2に示す電磁力、磁気歪による鉄芯の変位とスペーサ3との関連について図3を用いて説明する。図3(A)はスペーサ3の弾性率が小さい場合の鉄芯の変位を示し、図3(B)はスペーサ3の弾性率が大きい場合の鉄芯の変位を示し、図3(C)はスペーサ3の弾性率が最適化された場合の鉄芯の変位を示す。   The relation between the displacement of the iron core due to the electromagnetic force and magnetostriction shown in FIGS. 1 and 2 and the spacer 3 will be described with reference to FIG. 3A shows the displacement of the iron core when the elastic modulus of the spacer 3 is small, FIG. 3B shows the displacement of the iron core when the elastic modulus of the spacer 3 is large, and FIG. The displacement of the iron core when the elastic modulus of the spacer 3 is optimized is shown.

図3に示すように、スペーサ3の弾性率が小さい場合は、電磁力による変位が支配的となり、鉄芯は電磁力による吸引力により磁束方向に収縮すると共に、電磁力による反発力により磁束方向と垂直な方向に伸長して、振動や騒音が生じてしまう。逆にスペーサ3の弾性率が大きい場合は、磁気歪による変位が支配的となり、鉄芯は磁気歪により磁束方向に伸長すると共に、磁束方向と垂直な方向に収縮して、振動や騒音が生じてしまう。スペーサ3の弾性率が最適化されている場合は、電磁力による変位と磁気歪による変位が相殺されるため、変位が生じず振動や騒音が発生しない。スペーサ3の弾性率の最適化については、詳細を後述する。   As shown in FIG. 3, when the elastic modulus of the spacer 3 is small, the displacement due to the electromagnetic force becomes dominant, and the iron core contracts in the magnetic flux direction due to the attractive force due to the electromagnetic force, and the magnetic flux direction due to the repulsive force due to the electromagnetic force. Will cause vibration and noise. Conversely, when the elastic modulus of the spacer 3 is large, displacement due to magnetostriction is dominant, and the iron core expands in the magnetic flux direction due to magnetostriction and contracts in the direction perpendicular to the magnetic flux direction, resulting in vibration and noise. End up. When the elastic modulus of the spacer 3 is optimized, the displacement due to the electromagnetic force and the displacement due to the magnetostriction are canceled out, so that no displacement occurs and no vibration or noise occurs. Details of the optimization of the elastic modulus of the spacer 3 will be described later.

本実施形態に係る電気機器は、様々な種類の電気機器で適用することができる。以下、3つの具体例を示して説明する。図4は、本実施形態に係る電気機器が変圧器である場合のスペーサの配置例である。図4(A)は単相変圧器に適用する場合の例であり、図4(B)は三相変圧器に適用する場合の例である。通常、図4(A)の従来型に示すように、変圧器に絶縁物が挿入されたギャップを設けることはないが、本実施形態においては鉄芯の変位をなくすためにギャップを設ける。   The electrical device according to the present embodiment can be applied to various types of electrical devices. Hereinafter, three specific examples will be described. FIG. 4 is an example of the arrangement of spacers when the electrical device according to the present embodiment is a transformer. FIG. 4A is an example when applied to a single-phase transformer, and FIG. 4B is an example when applied to a three-phase transformer. Normally, as shown in the conventional type of FIG. 4A, a gap in which an insulator is inserted is not provided in the transformer, but in this embodiment, a gap is provided in order to eliminate the displacement of the iron core.

図4(A)に示すように、スペーサ3は脚部、ヨーク部、及び層間(厚み方向)のそれぞれに配設され、各方向において鉄芯3の変位が生じないように配設されている。また、各方向において、それぞれに1箇所、又は複数の箇所に分散させてスペーサ3を配設することもできる。図4(B)に示すように、三相の場合も単相の場合と同様に、スペーサ3が各方向において鉄芯3の変位が生じないように配設されている。ここでも、各方向において、それぞれに1箇所、又は複数の箇所に分散させてスペーサ3を配設することもできる。   As shown in FIG. 4 (A), the spacers 3 are disposed in each of the leg portion, the yoke portion, and the interlayer (thickness direction) so that the iron core 3 is not displaced in each direction. . Further, in each direction, the spacers 3 can be disposed so as to be dispersed in one place or a plurality of places. As shown in FIG. 4B, in the three-phase case, as in the single-phase case, the spacer 3 is arranged so that the iron core 3 is not displaced in each direction. Again, in each direction, the spacers 3 can be arranged in a single location or a plurality of locations in each direction.

三相の場合は、磁気抵抗にアンバランスが生じないようにスペーサ3の厚みを調整する必要がある。具体的には、V相の脚部に設けられるスペーサ3の磁気抵抗が、U相、又はW相における脚部、及びヨーク部に設けられた磁気抵抗の合計となるように調整する。つまり、図4(B)の場合は、磁気抵抗R=Rl1+Rl2+Rl3となるようにスペーサ3の厚みを調整する。 In the case of three phases, it is necessary to adjust the thickness of the spacer 3 so that the magnetic resistance is not unbalanced. Specifically, the magnetic resistance of the spacer 3 provided in the V-phase leg is adjusted so as to be the sum of the magnetic resistance provided in the U-phase or W-phase leg and the yoke part. In other words, in the case of FIG. 4 (B), adjusting the thickness of the spacer 3 so that the magnetic resistance R c = R l1 + R l2 + R l3.

なお、配設する個々のスペーサ3は、単層の絶縁物であってもよいし、複数層の絶縁物であってもよい。単層の場合は、材質を変化させることで弾性率を調整し、複数層の場合は、異なる材質の組み合わせや各層の厚みを調整することで、スペーサ3全体の弾性率を調整することができる。   Each spacer 3 to be disposed may be a single-layer insulator or a multi-layer insulator. In the case of a single layer, the elastic modulus can be adjusted by changing the material, and in the case of multiple layers, the elastic modulus of the entire spacer 3 can be adjusted by adjusting the combination of different materials and the thickness of each layer. .

図5は、本実施形態に係る電気機器がリアクトルである場合のスペーサの配置例である。図5(A)は単相リアクトルに適用する場合の例であり、図5(B)は三相リアクトルに適用する場合の例である。通常、図5(A)の従来型で示すように、リアクトルにはインダクタンスを調整するために、脚部にギャップが設けられるが、本実施形態においては鉄芯の変位をなくすためにヨーク部、及び層間(厚み方向)にもギャップを設ける。   FIG. 5 is an example of arrangement of spacers when the electrical apparatus according to the present embodiment is a reactor. FIG. 5A is an example when applied to a single-phase reactor, and FIG. 5B is an example when applied to a three-phase reactor. Normally, as shown in the conventional type in FIG. 5A, the reactor is provided with a gap in the leg portion in order to adjust the inductance, but in this embodiment, the yoke portion is used to eliminate the displacement of the iron core. In addition, a gap is also provided in the interlayer (thickness direction).

図4の場合と同様に、スペーサ3は脚部、ヨーク部、及び層間(厚み方向)のそれぞれに配設され、各方向において鉄芯3の変位が生じないように配設されている。また、各方向において、それぞれに1箇所、又は複数の箇所に分散させてスペーサ3を配設することもできる。図5(B)に示すように、三相の場合も単相の場合と同様に、スペーサ3が各方向において鉄芯3の変位が生じないように配設されている。ここでも、各方向において、それぞれに1箇所、又は複数の箇所に分散させてスペーサ3を配設することもできる。   As in the case of FIG. 4, the spacer 3 is disposed in each of the leg portion, the yoke portion, and the interlayer (thickness direction) so that the iron core 3 is not displaced in each direction. Further, in each direction, the spacers 3 can be disposed so as to be dispersed in one place or a plurality of places. As shown in FIG. 5B, in the three-phase case, as in the single-phase case, the spacer 3 is arranged so that the iron core 3 is not displaced in each direction. Again, in each direction, the spacers 3 can be arranged in a single location or a plurality of locations in each direction.

なお、三相の場合は、変圧器と同様に磁気抵抗にアンバランスが生じないようにスペーサ3の厚みを調整する必要があり、具体的には、図5(B)に示すように、磁気抵抗Rc1+Rc2+Rc3=Rl1+Rl2+Rl3+Rl4+Rl5となるようにスペーサ3の厚みを調整する。 In the case of three phases, it is necessary to adjust the thickness of the spacer 3 so that the magnetic resistance is not unbalanced as in the case of the transformer. Specifically, as shown in FIG. the thickness of the resistance R c1 + R c2 + R c3 = R l1 + R l2 + R l3 + R l4 + R l5 become as spacer 3 adjusted.

なお、配設する個々のスペーサ3は、単層の絶縁物であってもよいし、複数層の絶縁物であってもよい。単層の場合は、材質を変化させることで弾性率を調整し、複数層の場合は、異なる材質の組み合わせや各層間の厚みを調整することで、スペーサ3全体の弾性率を調整するようにしてもよい。   Each spacer 3 to be disposed may be a single-layer insulator or a multi-layer insulator. In the case of a single layer, the elastic modulus is adjusted by changing the material, and in the case of multiple layers, the elastic modulus of the spacer 3 as a whole is adjusted by adjusting the combination of different materials and the thickness of each layer. May be.

図6は、本実施形態に係る電気機器がモータである場合のスペーサの配置例である。図6に示すように、固定子内に長手方向に沿って当該固定子と同型状にスペーサ3を配設すると共に、固定子の周方向に沿って環状のスペーサ3を配設することで、モータの振動や騒音を低減することができる。   FIG. 6 is an arrangement example of spacers when the electrical apparatus according to the present embodiment is a motor. As shown in FIG. 6, the spacer 3 is disposed in the same shape as the stator along the longitudinal direction in the stator, and the annular spacer 3 is disposed along the circumferential direction of the stator. The vibration and noise of the motor can be reduced.

ここで、スペーサ3の弾性率の最適化について説明する。図7は、本実施形態に係る電気機器にスペーサを挿入する場合の様子を示す。図7(A)は磁束に対してスペーサを垂直な方向に挿入する場合の図であり、図7(B)は磁束に対してスペーサを平行な方向に挿入する場合の図である。まず、図7(A)において、磁気歪による鉄芯の伸びをumsとし、スペーサとして挿入する絶縁物の磁気歪は零、鉄芯の磁気歪εmsは磁束密度の2乗で近似できるものと仮定する。磁気歪による縦歪εh,msを次式で近似する。 Here, optimization of the elastic modulus of the spacer 3 will be described. FIG. 7 shows a state in which a spacer is inserted into the electric apparatus according to the present embodiment. FIG. 7A is a diagram when the spacer is inserted in a direction perpendicular to the magnetic flux, and FIG. 7B is a diagram when the spacer is inserted in a direction parallel to the magnetic flux. First, in FIG. 7A, the elongation of the iron core due to magnetostriction is u ms , the magnetostriction of the insulator inserted as a spacer is zero, and the magnetostriction ε ms of the iron core can be approximated by the square of the magnetic flux density. Assume that The longitudinal strain ε h, ms due to magnetostriction is approximated by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

B:磁束密度、α:定数とする。 B: Magnetic flux density, α: Constant.

磁気歪による鉄芯の伸びである変位umsは次式となる。 The displacement u ms which is the elongation of the iron core due to magnetostriction is given by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

ギャップに働く電磁力によるスペーサの縮みをuemとし、鉄芯は絶縁物よりも非常に硬いため、電磁力による鉄芯の縮みは無視、鉄芯の透磁率μは絶縁物の透磁率μに比べて十分に大きいと仮定する。ギャップ表面に働く電磁力σemは次式となる。 The shrinkage of the spacer due to the electromagnetic force acting on the gap is u em , and the iron core is much harder than the insulator, so the shrinkage of the iron core due to the electromagnetic force is ignored, and the permeability μ i of the iron core is the permeability μ of the insulator Assume that it is sufficiently larger than g . The electromagnetic force σ em acting on the gap surface is expressed by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

スペーサの縦歪εh,msは次式となる。 The longitudinal strain ε h, ms of the spacer is given by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

:ヤング率
スペーサの変位uemは次式となる。
E 1 : Young's modulus The displacement u em of the spacer is as follows.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

鉄芯全体の伸びが0になる条件ums=uemより、スペーサの最適なヤング率Eは、 From the condition u ms = u em where the elongation of the entire iron core is 0, the optimum Young's modulus E 1 of the spacer is

Figure 2011146605
Figure 2011146605

となる。次に、図7(B)において、磁気歪による鉄芯の縮みをumsとし、スペーサとして挿入する絶縁物の磁気歪は零、鉄芯の磁気歪εmsは磁束密度の2乗で近似できるものと仮定する。磁気歪による横歪εl,msを次式で近似する。 It becomes. Next, in FIG. 7B, the contraction of the iron core due to magnetostriction is u ms , the magnetostriction of the insulator inserted as a spacer is zero, and the magnetostriction ε ms of the iron core can be approximated by the square of the magnetic flux density. Assume that The lateral strain ε l, ms due to magnetostriction is approximated by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

B:磁束密度、β:定数とする。 B: Magnetic flux density, β: Constant.

磁気歪による鉄芯の縮みである変位umsは次式となる。 The displacement u ms, which is the shrinkage of the iron core due to magnetostriction, is given by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

ギャップに働く電磁力によるスペーサの伸びをuemとし、鉄芯は絶縁物よりも非常に硬いため、電磁力による鉄芯の縮みは無視、鉄芯の透磁率μは絶縁物の透磁率μに比べて十分に大きいと仮定する。ギャップ表面に働く電磁力σemは次式となる。 Spacer elongation due to the electromagnetic force acting on the gap is u em , and the iron core is much harder than the insulator, so the shrinkage of the iron core due to the electromagnetic force is ignored, and the permeability μ i of the iron core is the permeability μ of the insulator Assume that it is sufficiently larger than g . The electromagnetic force σ em acting on the gap surface is expressed by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

スペーサの縦歪εh,msは次式となる。 The longitudinal strain ε h, ms of the spacer is given by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

:ヤング率
スペーサの変位uemは次式となる。
E 2 : Young's modulus The displacement u em of the spacer is as follows.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

鉄芯全体の伸びが0になる条件ums=uemより、スペーサ3の最適なヤング率Eは、 From the condition u ms = u em where the elongation of the entire iron core is zero, the optimum Young's modulus E 2 of the spacer 3 is

Figure 2011146605
Figure 2011146605

εl,ms=vεh,ms(v:ポアソン比)の関係が有るとき、 When there is a relationship of ε l, ms = vε h, ms (v: Poisson's ratio),

Figure 2011146605
Figure 2011146605

となる。以上のことから、スペーサの弾性率の最適値を算出することができる。   It becomes. From the above, the optimum value of the elastic modulus of the spacer can be calculated.

図8は、固定具を備える場合の全体斜視図である。図8に示すように、脚方向、ヨーク方向、厚み方向の少なくとも一の方向に固定具を備えることで、電流値の変化等により電磁力と磁気歪のバランスが崩れるような状況が生じた場合であっても、固定具により振動を抑え、騒音を最小限に抑えることが可能となる。ここでは、2方向、3方向にそれぞれ固定具を備えた場合の一例を示している。   FIG. 8 is an overall perspective view when the fixture is provided. As shown in FIG. 8, when the fixture is provided in at least one of the leg direction, the yoke direction, and the thickness direction, a situation occurs in which the balance between electromagnetic force and magnetostriction is lost due to a change in current value, etc. Even so, it is possible to suppress vibration and minimize noise by the fixture. Here, an example is shown in which a fixture is provided in each of two directions and three directions.

以上の前記実施形態により本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は実施形態に記載の範囲には限定されず、これら実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能である。   Although the present invention has been described with the above-described embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the embodiments, and various changes or improvements can be added to these embodiments.

本発明に係る電気機器に関して、より具体的な解析結果を説明する。ここでは、電源供給時のリアクトルノイズの原因を調査し、ノイズを低減するためのモデル設計について説明する。
(1.導入)
リアクタをインバータ電源供給装置に接続した場合、インバータが高周波成分を生み出すことで、リアクタからのノイズが発生する。インバータの電源供給下でのノイズ発生のメカニズムを明らかにするために、電磁力と磁気歪とを考慮した3D振動解析が提案されている(文献1:Y.Gao, K.Muramatsu, K.Shida, K.Fujiwara, S.Fukuchi, and T.Takahata, “Vibration Analysis of a Reactor Driven by an Inverter Power Supply Considerring Electromagnetism and Magnetostriction” IEEE Trans.on Magn., vol.45, no.10, pp.4789-4792, 2009)。文献1では、等価の節点力(文献2:K.Delaere, W.Heylen, R.Belmans, and K.Hameyer, “Comparison of induction machine stator vibration spectra induced by reluctance forces and magnetostriction,” IEEE Trans.on Magn., vol.38, no.2, pp.969-972, 2002)と共に、3D磁気歪を用いた設計法が提案されており、電源供給下の単相リアクタの振動解析に応用している。
A more specific analysis result regarding the electrical apparatus according to the present invention will be described. Here, the cause of the reactor noise at the time of power supply is investigated, and the model design for reducing noise is demonstrated.
(1. Introduction)
When a reactor is connected to an inverter power supply device, noise from the reactor is generated by the inverter generating a high frequency component. In order to clarify the mechanism of noise generation under the power supply of the inverter, 3D vibration analysis considering electromagnetic force and magnetostriction has been proposed (Reference 1: Y. Gao, K. Muramatsu, K.Shida). , K. Fujiwara, S. Fukuchi, and T. Takahata, “Vibration Analysis of a Reactor Driven by an Inverter Power Supply Considerring Electromagnetism and Magnetostriction” IEEE Trans.on Magn., Vol.45, no.10, pp.4789- 4792, 2009). Reference 1 describes the equivalent nodal force (Reference 2: K. Delaere, W. Heylen, R. Belmans, and K. Hameyer, “Comparison of induction machine stator vibration spectra induced by reluctance forces and magnetostriction,” IEEE Trans.on Magn , vol.38, no.2, pp.969-972, 2002), a design method using 3D magnetostriction has been proposed and applied to vibration analysis of a single-phase reactor under power supply.

同じレベルの電磁力と磁気歪の両方の節点力を得ることにより、変位がノイズを発生させていることから、電磁力と磁気歪の両方がノイズの原因であることがわかる。リアクタ表面の変位もまたノイズの発生源であり、ノイズを低減するためにはコア間のギャップに挿入した絶縁物の硬さを最適化するべきである。電磁力と磁気歪が要因となりヨーク部の変位が変化するため、絶縁物の硬さの調整が有効となる。さらに、測定で示された絶縁物の硬さは、ノイズレベルに影響した。本実施例においては、リアクタのノイズを減少させると共に、その場合のコア内のギャップに挿入された絶縁物の硬さが決定される。そのため、通常構成ではヨーク上側表面上の変位は小さくなり、ノイズを低減することができる。さらに、単相リアクタの新しいモデルも設計し、設計されたモデルの効果を振動解析と実験とによって示す。   By obtaining the nodal force of both electromagnetic force and magnetostriction at the same level, the displacement generates noise, so it can be seen that both electromagnetic force and magnetostriction are the cause of noise. The reactor surface displacement is also a source of noise, and the hardness of the insulator inserted in the gap between the cores should be optimized to reduce the noise. Since the displacement of the yoke portion changes due to electromagnetic force and magnetostriction, adjustment of the hardness of the insulator is effective. Furthermore, the hardness of the insulation shown in the measurements affected the noise level. In the present embodiment, the noise of the reactor is reduced, and the hardness of the insulator inserted in the gap in the core in that case is determined. Therefore, in the normal configuration, the displacement on the upper surface of the yoke is reduced, and noise can be reduced. In addition, a new model of the single-phase reactor is designed, and the effect of the designed model is shown by vibration analysis and experiment.

(2.分析方法)
(A)磁界分析
磁界を用いたA−φ法の3D渦電流有限要素法解析を実行した。Aは磁気ベクトルポテンシャルで、φは電気スカラポテンシャルである。金属板間の渦電流も、間のギャップを考慮することで、コアが異方性の塊状鉄芯としてモデル化される(文献3:Y.Gao, K.Muramatsu, K.Shida, K.Fujiwara, S.Fukuchi, and T.Takahata, “Loss culculation of reactor connected to inverter power supply taking account of eddy currents in laminated steel core,” IEEE Trans.on Magn., vol.45, no.3, pp.1044-1047, 2009)。時間微分項は、時間領域で後退差分法(文献4:O.C.Zienkiewicz, The Finite Element Method, Fourth Edition, McGraw-Hill, 1994)を使って離散化された。
(2. Analysis method)
(A) Magnetic field analysis A 3D eddy current finite element method analysis of the A-φ method using a magnetic field was performed. A is a magnetic vector potential, and φ is an electric scalar potential. The eddy current between metal plates is also modeled as an anisotropic massive iron core by considering the gap between them (Reference 3: Y.Gao, K.Muramatsu, K.Shida, K.Fujiwara) , S. Fukuchi, and T. Takahata, “Loss culculation of reactor connected to inverter power supply taking account of eddy currents in laminated steel core,” IEEE Trans.on Magn., Vol.45, no.3, pp.1044- 1047, 2009). The time derivative term was discretized using the backward difference method (Reference 4: OCZienkiewicz, The Finite Element Method, Fourth Edition, McGraw-Hill, 1994) in the time domain.

(B)電磁力計算法
静的な構造解析と振動解析に必要となるコア内の力の分布は、節点力法(文献5:A.Kameari, “Local force calculation in 3D FEM with edge element,” International Journal of Applied Electromagnetics in Material, vol.3, pp.231-240, 1993)とChuモデルのマクスウェル応力テンソルを用いて、節点ipでの電磁力による節点力fms (ip)を得た。
(B) Electromagnetic force calculation method The force distribution in the core required for static structural analysis and vibration analysis is the nodal force method (Reference 5: A. Kameari, “Local force calculation in 3D FEM with edge element,” Using the Maxwell stress tensor of International Journal of Applied Electromagnetics in Material, vol.3, pp.231-240, 1993) and Chu model, nodal force fms (ip) due to electromagnetic force at nodal ip was obtained.

(C)節点力を用いた磁気歪のモデリング
磁束密度B(ie)を印加した場合の、有限要素ieのそれぞれの節点ipでの磁気歪による節点力fms (ip)を計算した。まず、磁性体に磁束密度Bが印加されたときの、Bに対して平行方向と垂直方向のそれぞれの磁気歪をε、εとすると、
(C) Modeling of magnetostriction using nodal force The nodal force f ms (ip) due to magnetostriction at each node ip of the finite element ie when the magnetic flux density B (ie) was applied was calculated. First, when magnetic flux density B is applied to the magnetic material, the respective magnetostrictions in the direction parallel to and perpendicular to B are denoted by ε p and ε v .

Figure 2011146605
(αを定数、vをポアソン比とする)となる。
変位uは要素ieの節点ip上で、次式により
Figure 2011146605
(Α is a constant and v is a Poisson's ratio).
The displacement u is on the node ip of the element ie,

Figure 2011146605
Figure 2011146605

Figure 2011146605
(D)静的構造解析
減衰項を無視した静的な構造解析の基礎方程式は
Figure 2011146605
(D) Static structural analysis The basic equation of static structural analysis ignoring the attenuation term is

Figure 2011146605
Figure 2011146605

となり、Mは質量マトリクスである。
(E)周波数領域での振動解析
振動解析の中で、力の周波数成分(文献2を参照)fem、fmsはフーリエ変換によってF(ω)em、F(ω)msに変わる。このとき、変位の周波数成分U(ω)は、次式により求める。
Where M is the mass matrix.
(E) Vibration analysis in frequency domain In the vibration analysis, force frequency components (see Document 2) f em and f ms are changed to F (ω) em and F (ω) ms by Fourier transform. At this time, the frequency component U (ω) of the displacement is obtained by the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

ωは角周波数である。時間領域の周波数領域変換は、等価節点力の計算後に行う。なぜなら、磁気特性の非線形性は力の計算で考慮されるからである。
(3.モデルの説明と分析条件)
解析モデルを図9(A)に示す。また、通常のリアクタと提案された改良型の単相リアクタ解析モデルとの材料定数を下記の表1に示す。
ω is an angular frequency. The frequency domain transformation in the time domain is performed after calculating the equivalent nodal force. This is because the nonlinearity of the magnetic properties is taken into account in the force calculation.
(3. Model description and analysis conditions)
An analysis model is shown in FIG. The material constants of the normal reactor and the proposed improved single-phase reactor analysis model are shown in Table 1 below.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

対称であることから1/8の部分のみ解析を行った。絶縁物を含むギャップのコアは、AISI:M−19、厚さ0.35mmを用いて構成され、占積率Fは0.95である。絶縁物には2種類の素材が使用されており、1つは柔らかい素材(例えば、メタ−アラミド素材等)、もう1つは硬い素材(例えば、エポキシ樹脂等)である。   Since it is symmetrical, only the 1/8 portion was analyzed. The core of the gap including the insulator is configured using AISI: M-19, a thickness of 0.35 mm, and the space factor F is 0.95. Two types of materials are used for the insulator, one being a soft material (for example, a meta-aramid material) and the other being a hard material (for example, an epoxy resin).

通常のリアクタと提案された改良型の単相リアクタとのギャップの配置を、図9(B)、図9(C)に示す。改良型ではヨーク部にもギャップが追加され、全体の長さは通常のものと変わらず、リアクタのインダクタンスも同じである。電源供給下にあるリアクタのコイル内電流を、時間領域と周波数領域とで図10に示す。電流の基本周波数は60Hz、キャリア周波数は2.5kHzである。両モデルの脚部の平均磁束密度は0.6Tである。   The gap arrangement between the normal reactor and the proposed improved single-phase reactor is shown in FIGS. 9B and 9C. In the improved type, a gap is also added to the yoke portion, the overall length is the same as the normal one, and the inductance of the reactor is the same. The current in the coil of the reactor under power supply is shown in FIG. 10 in the time domain and the frequency domain. The basic frequency of the current is 60 Hz, and the carrier frequency is 2.5 kHz. The average magnetic flux density of the legs of both models is 0.6T.

磁界分析において、ステップ・バイ・ステップ法(時間差分法)での時間間隔Δtは、0.0597msで、この周期のみ計算された。静的構造解析と振動解析において鉄芯、押板、ギャップだけが解析されている。積層鉄芯は、等方性の塊状鉄芯によって近似されている。解析領域は、一次元直方体要素で4320に分割した。鉄芯、押板、ギャップは、完全に接続されていると想定されている。Dirichlet境界コンディションu=0は、図9(A)の表面組み付け位置を意味している。なぜならば、硬い板によって表面が固定されているからである。   In the magnetic field analysis, the time interval Δt in the step-by-step method (time difference method) was 0.0597 ms, and only this period was calculated. In the static structure analysis and vibration analysis, only the iron core, push plate, and gap are analyzed. The laminated iron core is approximated by an isotropic massive iron core. The analysis region was divided into 4320 with one-dimensional rectangular parallelepiped elements. The iron core, push plate, and gap are assumed to be completely connected. The Dirichlet boundary condition u = 0 means the surface assembly position in FIG. This is because the surface is fixed by a hard plate.

(4.静的構造解析を用いた最適化)
リアクタのノイズを低減するために、リアクタ内のギャップの最適な硬さが決定され、単相リアクタの新しいモデルが、計算時間を節約するために静的構造解析を使って設計される。
電磁力、磁気歪の双方でのx−y平面のz=0における、柔らかいギャップと硬いギャップとをそれぞれ付加した場合の通常の単相リアクタによる変位分布を図11、図12に示す。ギャップに硬い絶縁物を選択することで、図11(C)と比較して、図12(C)に示す変位の合計が、電磁力と磁気歪との両方の影響によってノイズを低減することができることがわかる。ヨーク部と脚部との間の電磁力による吸引力により、ヨーク部は、図12(A)のようにy軸の負方向に変位する。同時に、磁気歪によって脚部はy方向に伸びるため、y軸に沿う磁気歪によるヨーク部の変位は、電磁力と逆に正であることを図12(B)に示す。ヨーク上部のy軸に沿う変位は、正の変位によってお互いが打ち消し合うことを図12(C)に示す。しかしながら、ヨーク部のx軸に沿う変位は大きいままである。
(4. Optimization using static structural analysis)
In order to reduce reactor noise, the optimal hardness of the gap in the reactor is determined and a new model of the single phase reactor is designed using static structural analysis to save computation time.
FIG. 11 and FIG. 12 show displacement distributions by a normal single-phase reactor when a soft gap and a hard gap are respectively added at z = 0 on the xy plane in both electromagnetic force and magnetostriction. By selecting a hard insulator for the gap, the total displacement shown in FIG. 12C can be reduced by the influence of both electromagnetic force and magnetostriction compared to FIG. 11C. I understand that I can do it. The yoke part is displaced in the negative direction of the y-axis as shown in FIG. 12A by the attractive force due to the electromagnetic force between the yoke part and the leg part. At the same time, since the leg portion extends in the y direction due to the magnetostriction, FIG. 12B shows that the displacement of the yoke portion due to the magnetostriction along the y axis is positive contrary to the electromagnetic force. FIG. 12C shows that the displacement along the y-axis at the top of the yoke cancels each other due to the positive displacement. However, the displacement of the yoke portion along the x-axis remains large.

ヨーク部の側表面上のx方向変位を小さくするために、図9(C)のようにギャップがヨーク部内に加えられる。硬いギャップを用いる改良型の変位の分布を図13に示す。x軸に沿う電磁力と磁気歪との双方により、変位もまた上記のy軸と同様に打ち消し合うことができる。したがって、ギャップ上部の変位だけでなく、ヨーク部側面もまたヨーク部内にギャップを挿入し、ギャップに硬い素材を選ぶことで変位を取り除くことができる。   In order to reduce the x-direction displacement on the side surface of the yoke part, a gap is added in the yoke part as shown in FIG. The improved displacement distribution using a hard gap is shown in FIG. Due to both electromagnetic force and magnetostriction along the x-axis, the displacement can also be canceled out as with the y-axis. Therefore, not only the displacement of the upper portion of the gap but also the side surface of the yoke portion can be removed by inserting a gap into the yoke portion and selecting a hard material for the gap.

(5.単相リアクタの振動解析)
改良型の単相リアクタの有効性を評価するため、振動解析の結果を出した。図14は、通常型と改良型のリアクタにおいて、力が大きくなるポイントs(図9を参照)における電磁力と磁気歪との合計力量のy成分Fsyの周波数スペクトルである。0Hzと、基本周波数の2倍である120Hzでの振幅と、キャリア周波数2.5kHzで振幅が大きくなる。双方のモデルでの力についても同じである。
(5. Vibration analysis of single-phase reactor)
In order to evaluate the effectiveness of the improved single-phase reactor, the results of vibration analysis were presented. FIG. 14 is a frequency spectrum of the y component F sy of the total force of the electromagnetic force and the magnetostriction at the point s (see FIG. 9) where the force increases in the normal type and the improved type reactors. The amplitude is increased at 0 Hz, the amplitude at 120 Hz, which is twice the fundamental frequency, and the carrier frequency at 2.5 kHz. The same is true for the forces in both models.

ポイントp(図9を参照)における変位のy成分とポイントq(図9を参照)における変位のx成分との周波数スペクトルをμmとdBで表した。周波数領域での振動解析からそれらの数値を得て図15、図16に示す。変位は、以下の式を用いてμmとdBに変換した。   The frequency spectrum of the y component of the displacement at the point p (see FIG. 9) and the x component of the displacement at the point q (see FIG. 9) is expressed in μm and dB. These numerical values are obtained from vibration analysis in the frequency domain and are shown in FIGS. The displacement was converted to μm and dB using the following equation.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

変位Uは、1.1×10−11mとし、可聴限界での空気の変位を示す。 The displacement U 0 is 1.1 × 10 −11 m and indicates the displacement of air at the audible limit.

振動解析法により、通常型と改良型の両方で、異なる周波数でいくつかの共振が起こることがわかった。ポイントpとqとにおいて、硬いギャップを用いた改良型のノイズレベルもまた、柔らかいギャップを用いた通常型よりも小さいことが広い周波数帯において示された。振動レベルは、A−weighting法(IEC61672より)を用いることで通常型と改良型での計算された値を得た。ポイントpにおいて、通常型では振動レベルが38.3dBであり、改良型では35.9dBであった。ポイントqにおいては、通常型が38.3dBであり、改良型が37.5dBであった。2点で改良型を使うことで、ノイズレベルを低減させることができる。   Vibration analysis shows that several resonances occur at different frequencies in both the normal and improved types. At points p and q, the improved noise level with a hard gap was also shown to be smaller in the wide frequency band than the normal type with a soft gap. As the vibration level, calculated values for the normal type and the improved type were obtained by using the A-weighting method (from IEC 61672). At point p, the vibration level was 38.3 dB for the normal type and 35.9 dB for the improved type. At point q, the normal type was 38.3 dB and the improved type was 37.5 dB. By using the improved type at two points, the noise level can be reduced.

(6.実験に基づく調査)
(A)計測モデルと条件
柔らかいギャップを用いた通常のリアクタにより発生するノイズ、硬いギャップを用いた通常のリアクタにより発生するノイズ、硬いギャップを用いた通常型と同じサイズ・材質の改良型の解析モデルが、実験により測定された。コイルの起磁力は2.6kATである。コイルの電流はチョッパー回路で作った直流電流であり、高周波成分(6kHz、15%)が含まれる。リアクタ脚部内の平均磁束密度は、約0.52Tである。図17
(6. Investigation based on experiments)
(A) Measurement model and conditions Noise generated by a normal reactor using a soft gap, noise generated by a normal reactor using a hard gap, and an improved analysis of the same size and material as a normal type using a hard gap The model was measured experimentally. The magnetomotive force of the coil is 2.6 kAT. The coil current is a direct current generated by a chopper circuit and includes a high frequency component (6 kHz, 15%). The average magnetic flux density in the reactor leg is about 0.52T. FIG.

(B)に示すように、リアクタから300mm離れた3つの異なる点から測定されたノイズが騒音計により測定された。
(B)測定結果と考察
柔らかいギャップと硬いギャップとを用いた通常型のA−weighting法により測定されたノイズレベルと、硬いギャップを用いた改良型のノイズレベルとを表2に示す。
As shown in (B), noise measured from three different points 300 mm away from the reactor was measured with a sound level meter.
(B) Measurement results and discussion Table 2 shows a noise level measured by a normal A-weighting method using a soft gap and a hard gap, and an improved noise level using a hard gap.

Figure 2011146605
Figure 2011146605

硬いギャップを用いた通常型と改良型のリアクタのノイズレベルは、柔らかいギャップを用いた通常型のリアクタのノイズレベルよりも小さい。ヨーク上部表面の変位の解析結果と一致しており、硬いギャップによりノイズが低減している。硬いギャップを用いた改良型もまた、通常型の側面部分と比較したがノイズは下がっていない。これは、コアのヨーク部を修正することが難しく、ヨーク部内のギャップで、絶縁物と鉄芯の間にギャップが存在してしまったためである。したがって、ノイズレベルに影響を与えられなかった。これは、ヨーク部内のギャップの製造方法を研究することで解決される。   The noise level of the normal type reactor and the improved type reactor using the hard gap is smaller than the noise level of the normal type reactor using the soft gap. This agrees with the analysis result of the displacement of the yoke upper surface, and the noise is reduced by the hard gap. The improved version with a stiff gap also does not reduce noise compared to the normal side. This is because it is difficult to correct the yoke part of the core, and a gap exists between the insulator and the iron core in the gap in the yoke part. Therefore, the noise level was not affected. This can be solved by studying the manufacturing method of the gap in the yoke part.

(7.結論)
リアクタに硬いギャップを選択することと、ヨーク部内にもギャップを付加することで、ヨーク部表面上の変位によるノイズを通常よりも弱めることができる。そして、提案された新しいモデルの効果は、周波数領域での振動解析と測定から確かめられた。
(7. Conclusion)
By selecting a hard gap for the reactor and adding a gap in the yoke portion, noise due to displacement on the surface of the yoke portion can be reduced more than usual. The effect of the proposed new model was confirmed by vibration analysis and measurement in the frequency domain.

1 電気機器
2 鉄芯
3 スペーサ
1 Electrical equipment 2 Iron core 3 Spacer

Claims (8)

電磁コイルに挿通され、磁気歪により磁束方向に延伸する鉄芯における中間部に弾性材からなるスペーサを介在させて形成される電気機器において、
前記スペーサが、前記電磁コイルで生じる磁束による前記鉄芯の磁気歪の歪量に、前記鉄芯の電磁力による前記スペーサの変形量を一致させて配設されていることを特徴とする電気機器。
In electrical equipment that is formed by interposing a spacer made of an elastic material in the middle part of an iron core that is inserted through an electromagnetic coil and extends in the direction of magnetic flux due to magnetostriction,
The electrical apparatus is characterized in that the spacer is arranged so that the amount of deformation of the spacer due to the electromagnetic force of the iron core matches the amount of magnetostriction of the iron core due to magnetic flux generated in the electromagnetic coil. .
請求項1に記載の電気機器において、
前記スペーサが、前記電磁コイルにより生じる磁束と直交する方向に、前記鉄芯の脚部、及びヨーク部の中間部に配設されることを特徴とする電気機器。
The electric device according to claim 1,
The electric device according to claim 1, wherein the spacer is disposed at a middle portion of the iron core leg portion and the yoke portion in a direction orthogonal to the magnetic flux generated by the electromagnetic coil.
請求項2に記載の電気機器において、
前記磁束と直交する方向に配設されるスペーサのヤング率Eが、
Figure 2011146605
(ただし、α:定数(鉄芯の材料に応じた定数)、L:鉄芯の中心軸の長さ(スペーサを除く)、μ:スペーサの透磁率、G:スペーサの厚さとする)であることを特徴とする電気機器。
The electrical device according to claim 2,
The Young's modulus E 1 of the spacer disposed in the direction orthogonal to the magnetic flux is
Figure 2011146605
(Where α is a constant (constant corresponding to the material of the iron core), L t is the length of the central axis of the iron core (excluding the spacer), μ g is the magnetic permeability of the spacer, and G t is the thickness of the spacer. ) Is an electrical device.
請求項1ないし3のいずれかに記載の電気機器において、
前記スペーサが、前記電磁コイルにより生じる磁束と平行な方向に、前記鉄芯の脚部、及びヨーク部に配設されることを特徴とする電気機器。
The electric device according to any one of claims 1 to 3,
The electric device, wherein the spacer is disposed on the leg portion and the yoke portion of the iron core in a direction parallel to the magnetic flux generated by the electromagnetic coil.
請求項4に記載の電気機器において、
前記磁束と平行な方向に配設されるスペーサのヤング率Eが、
Figure 2011146605

(ただし、β:定数(鉄芯の材料に応じた定数)、L:鉄芯の厚さ(スペーサを除く)、μ:スペーサの透磁率、G:スペーサの厚さとする)であることを特徴とする電気機器。
The electric device according to claim 4,
The Young's modulus E 2 of the spacer disposed in the direction parallel to the magnetic flux is
Figure 2011146605

(Where β is a constant (constant corresponding to the material of the iron core), L t is the thickness of the iron core (excluding the spacer), μ g is the magnetic permeability of the spacer, and G t is the thickness of the spacer). Electrical equipment characterized by that.
請求項1ないし5のいずれかに記載の電気機器において、
前記スペーサが複数層からなり、当該複数層の層ごとに厚さ、及び/又は材質が異なることを特徴とする電気機器。
The electric device according to any one of claims 1 to 5,
The electric device according to claim 1, wherein the spacer includes a plurality of layers, and the thickness and / or material of each of the plurality of layers is different.
請求項1ないし6のいずれかに記載の電気機器において、
当該電気機器が三相変圧器、又は三相リアクトルであり、
V相における脚部に配設された前記スペーサの磁気抵抗が、U相、又はW相における脚部、及びヨーク部に配設されたスペーサの磁気抵抗の合計値であることを特徴とする電気機器。
The electric device according to any one of claims 1 to 6,
The electrical device is a three-phase transformer or a three-phase reactor,
The magnetic resistance of the spacer disposed on the leg portion in the V phase is a total value of the magnetic resistance of the spacer disposed on the leg portion in the U phase or the W phase and the yoke portion. machine.
請求項1ないし7のいずれかに記載の電気機器において、
当該電気機器の脚方向、ヨーク方向、及び/又は厚み方向に、前記鉄芯を固定する固定具を備えることを特徴とする電気機器。
The electric device according to any one of claims 1 to 7,
An electric device comprising: a fixing tool that fixes the iron core in a leg direction, a yoke direction, and / or a thickness direction of the electric device.
JP2010007486A 2010-01-15 2010-01-15 Electronic apparatus Pending JP2011146605A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010007486A JP2011146605A (en) 2010-01-15 2010-01-15 Electronic apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010007486A JP2011146605A (en) 2010-01-15 2010-01-15 Electronic apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011146605A true JP2011146605A (en) 2011-07-28

Family

ID=44461178

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010007486A Pending JP2011146605A (en) 2010-01-15 2010-01-15 Electronic apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011146605A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013197362A (en) * 2012-03-21 2013-09-30 Toyota Central R&D Labs Inc Reactor
EP2924697A1 (en) 2014-03-26 2015-09-30 SUMIDA Components & Modules GmbH Plate-shaped scattering body for inserting into magnetic core of an inductive element, magnetic core with plate-shaped scattering body and inductive component
JP2017228687A (en) * 2016-06-23 2017-12-28 株式会社デンソー Magnetic circuit component

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013197362A (en) * 2012-03-21 2013-09-30 Toyota Central R&D Labs Inc Reactor
EP2924697A1 (en) 2014-03-26 2015-09-30 SUMIDA Components & Modules GmbH Plate-shaped scattering body for inserting into magnetic core of an inductive element, magnetic core with plate-shaped scattering body and inductive component
CN104952591A (en) * 2014-03-26 2015-09-30 胜美达集团有限公司 Plate-shaped scattering body for inserting into magnetic core of an inductive element, magnetic core with plate-shaped scattering body and inductive component
DE102014205560A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 SUMIDA Components & Modules GmbH Plate-shaped scattering body as an insert in the magnetic core of an inductive component, magnetic core with a plate-shaped scattering body and inductive component
US10170237B2 (en) 2014-03-26 2019-01-01 SUMIDA Components & Modules GmbH Plate-shaped leakage structure as an insert in a magnetic core
JP2017228687A (en) * 2016-06-23 2017-12-28 株式会社デンソー Magnetic circuit component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Torregrossa et al. Multiphysics finite-element modeling for vibration and acoustic analysis of permanent magnet synchronous machine
CN103093942B (en) Amorphous iron core transformer
Rossi et al. Vibration reduction of inductors under magnetostrictive and Maxwell forces excitation
Gao et al. Design of a reactor driven by inverter power supply to reduce the noise considering electromagnetism and magnetostriction
Gao et al. Noise reduction of a three-phase reactor by optimization of gaps between cores considering electromagnetism and magnetostriction
Shuai et al. Influence of material properties and geometric shape of magnetic cores on acoustic noise emission of medium-frequency transformers
JP6397349B2 (en) Three-phase five-legged iron core and stationary electromagnetic equipment
Ebrahimi et al. Effects of stress and magnetostriction on loss and vibration characteristics of motor
Gao et al. Vibration analysis of a reactor driven by an inverter power supply considering electromagnetism and magnetostriction
JP2018133352A (en) Iron core for stationary induction apparatus
CN107808732B (en) Electric reactor
Shuai et al. Investigation of acoustic noise sources in medium frequency, medium voltage transformers
Smeets et al. Inductance calculation nearby conducting material
Pirnat et al. Introduction of the linear contact model in the dynamic model of laminated structure dynamics: an experimental and numerical identification
JP2011146605A (en) Electronic apparatus
US20140285034A1 (en) Linear motor with contactless energy transfer
JP6085110B2 (en) Molded transformer and molded coil
Gao et al. The effect of laminated structure on coupled magnetic field and mechanical analyses of iron core and its homogenization technique
Masti et al. On the influence of core laminations upon power transformer noise
Shuai et al. Impact of core shape and material on the acoustic noise emission of medium frequency, medium voltage transformers
WO2020148942A1 (en) Stationary induction device
JP2010062279A (en) Shell type amorphous transformer
JP2014090605A (en) Power generating equipment
JP2008108873A (en) Reactor apparatus, and voltage converter
JP5690572B2 (en) Trance