JP2013048138A

JP2013048138A - 静止誘導電器用積層鉄心

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Publication number: JP2013048138A
Application number: JP2011185596A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hamadate; 良夫浜館; Yasunori Ono; 康則大野; Naoya Miyamoto; 直哉宮本; Akira Yamagishi; 明山岸; Hideyuki Miyahara; 秀幸宮原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: JP5686439B2

Abstract

【課題】低損失特性を有して信頼性が高く、経済的に製作できる静止誘導電器用積層鉄心を提供する。
【解決手段】静止誘導電器用積層鉄心１０を、巻線を巻回する少なくとも２つ以上の鉄心脚１１、１２と、これら鉄心脚１１、１２間を磁気的に結合する上部及び下部継鉄１３、１４で構成するとき、各鉄心脚１１、１２は非晶質性合金薄帯を積層して形成し、また上部及び下部継鉄１３、１４のうち少なくとも上部継鉄１３は珪素鋼板を積層して形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は変圧器やリアクトル等の静止誘導電器用積層鉄心に係り、特に低損失特性を有して信頼性の高い静止誘導電器用積層鉄心に関する。

通常、変圧器やリアクトル等の静止誘導電器は、短冊状に切断した珪素鋼板を積層した鉄心を使用している。これに対して、近年の小容量の静止誘導電器では、鉄損が少なく優れた磁気特性を有する非晶質性合金薄帯を用い、巻鉄心を製作して使用することが多くなってきている。非晶質性合金薄帯を用いた巻鉄心は、一巻回毎に切断する構造であって、一巻回毎に非晶質性合金薄帯の巻始め端と巻終わり端との接合部を備えている。

一般的な非晶質性合金薄帯は、２０或いは３０μｍの厚みで製造されるから、鉄心に用いる珪素鋼板の１／１０程度の厚みである。このため、非晶質性合金薄帯は、同一長さに切断した所定枚数の積層シートを一単位として１枚の珪素鋼板の厚み程度にし、この非晶質性合金薄帯の積層シートの複数単位を巻回して巻鉄心を形成している。

非晶質性合金薄帯製の巻鉄心は、静止誘導電器例えば変圧器の場合は、大容量化するに伴い鉄心を支える冶具が大形化してしまうし、非晶質性合金薄帯の巻始め端と巻終わり端との接合部が上部に設けられるため、製作時に非晶質性合金薄帯に局部応力を掛けることなく起立させるのが困難となる。これらのことは、非晶質性合金薄帯を用いた大容量の変圧器製造は作業性が悪くなるため、経済的に製作できず大容量化の障害となっている。

従来から、珪素鋼板に替えて非晶質性合金薄帯を用いた積層鉄心は、例えば特許文献１及び２に提案されている。特許文献１は、複数枚の帯状の非晶質性合金薄帯を、平滑面が互いに向き合わないように重ね合わせて絶縁処理剤を付着した後、非晶質性合金薄帯群を厚さ方向に押圧してから加熱し、非晶質性合金薄帯の表面及び積層間に絶縁処理剤の被膜を形成した上、更に歪取り焼鈍処理を行って積層ブロックを作り、この複数組の積層ブロックを組み合わせ、積層鉄心を製作することが記載されている。また特許文献２には、耐食性がよくて防錆処理が不要なステンレス鋼板を鉄心材として用いる際に、ステンレス鋼板の数枚毎に非晶質性合金薄帯の１枚を挿入し、電磁鉄心を製作することが記載されている。

特開昭６１−７１６１２号公報特開昭６２−１４４０６号公報

しかし、特許文献１に記載されている積層鉄心は、積層ブロックの歪取り焼鈍処理を行ってから組み合せるため、積層作業時に積層ブロックに局部応力が加わり微小な割れが発生し破壊へと発展する恐れがある。積層ブロックを組み合せたＵ字形の鉄心を使用した単相変圧器は、鉄心脚に巻線を装着してから上部より積層ブロックを挿入して一体に構成する。このように、鉄心脚に積層ブロックを挿入する際に、局部応力が加わり微小な割れが発生し、この割れで生じた非晶質性合金薄帯の破片が巻線内に入り、変圧器の信頼性を著しく低下してしまう恐れもある。

また、特許文献２に記載されている電磁鉄心は、ステンレス鋼板の鉄心材の数枚毎に非晶質性合金薄帯の１枚を挿入するため、接合部で組み立て作業が非常に難しく経済的に製作できなくなる。その上、非磁性体のステンレス鋼板を用いるため、電磁鉄心の有効断面積が減少することになるから、所定の磁束密度を得るには電磁鉄心の断面積を増加させなければならなくなる問題がある。

本発明の目的は、低損失特性を有して信頼性が高く、経済的に製作できる静止誘導電器用積層鉄心を提供することにある。

本発明の静止誘導電器用積層鉄心は、巻線を巻回する少なくとも２つ以上の鉄心脚と、前記鉄心脚間を磁気的に結合する上部及び下部継鉄とからなる静止誘導電器用積層鉄心において、前記各鉄心脚は非晶質性合金薄帯を所定枚数積層した積層体単位を用いて積層して形成し、前記上部及び下部継鉄のうち少なくとも上部継鉄は珪素鋼板を積層して形成し、前記各鉄心脚と前記上部及び下部継鉄間の積層接合部は交互積層構成としたことを特徴としている。

好ましくは、非晶質性合金薄帯にて構成した前記鉄心脚又は前記下部継鉄は、前記非晶質性合金薄帯の積層端面に絶縁処理剤を施したことを特徴としている。

本発明のように静止誘導電器用積層鉄心を構成すれば、鉄心脚又は下部継鉄に非晶質性合金薄帯を効果的に用いて積層しているため、従来の珪素鋼板で構成する積層鉄心に比べて損失を大幅に低減できる。しかも、非晶質性合金薄帯を平面的に積層して製作できるので、非晶質性合金薄帯の積層作業時に起こり易い局部応力を緩和することができる。

また、非晶質性合金薄帯製の鉄心脚と下部継鉄で構成したＵ字形の積層鉄心に巻線を装着後、非晶質性合金薄帯より剛性の高い珪素鋼板を上部継鉄の形成のために挿鉄しているので、製作作業効率が向上するから経済的に製作することができるし、珪素鋼板を挿鉄する際に非晶質性合金薄帯で発生し易い破片を低減できから、静止誘導電器の信頼性を向上することができる。

本発明の静止誘導電器用積層鉄心の一実施例を示す正面図である。（ａ）及び（ｂ）は、図１の静止誘導電器用積層鉄心を構成する積層単位を示す正面図である。図１の積層鉄心を用いた静止誘導電器の組み立て状態の説明図である。本発明の他の実施例である三相３脚の静止誘導電器用積層鉄心を示す正面図である。

本発明の静止誘導電器用積層鉄心は、巻線を巻回する少なくとも２つ以上の鉄心脚と、前記鉄心脚間を磁気的に結合する上部及び下部継鉄とからなっている。そして、非晶質性合金薄帯を所定枚数積層した積層体単位を用いて積層して形成し、上部及び下部継鉄のうち少なくとも上部継鉄は珪素鋼板を積層して形成している。

以下、本発明の静止誘導電器用積層鉄心を、図１から図４に示す変圧器鉄心の例で説明する。本発明を適用した図１に示す単相２脚の変圧器積層鉄心１０は、通常と同様に２つの鉄心脚１１、１２と、これら鉄心脚１１、１２間を磁気的に結合する上部継鉄１３及び下部継鉄１４により閉磁路を構成している。そして、鉄心脚１１、１２及び下部継鉄１４は、短冊状に切断した非晶質性合金薄帯を後述するように積層して形成し、また上部継鉄１３は短冊状に切断した珪素鋼板を積層して形成している。

一般的な珪素鋼板の板厚は、３００μｍ或いは３５０μｍであるから、１枚の珪素鋼板に対して、板厚が２５μｍ程度の非晶質性合金薄帯は、所定枚数を積層して一つの単位の積層体にし、例えば１２〜１４枚を一組として組み合わせたものを積層体単位にして使用する。

図１に示す単相２脚の変圧器積層鉄心１０の例では、図２（ａ）及び（ｂ）に示す２種類の積層単位を積層して構成する。即ち、図２（ａ）に示す如く鉄心脚１１と１２及び下部継鉄１４の形成に使用する積層体単位にした非晶質性合金薄帯１１Ａ、１２Ａ、１４Ａと、上部継鉄１３の形成に使用する珪素鋼板１３Ａを、接合部が時計方向の順になるように配置した一層目の積層単位１０Ａを形成する。また、これとは逆に図２（ｂ）に示す如く同様な構成部材である非晶質性合金薄帯１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと珪素鋼板１３Ｂを、左右反転した配置にして接合部が逆時計方向の順になるようにした二層目の積層単位１０Ｂを形成している。そして、これらの奇数層目及び偶数層目の積層単位１０Ａと１０Ｂを交互に積層し、図１に示す変圧器積層鉄心１０を構成している。

この変圧器積層鉄心１０では、鉄心脚１１及び１２となる非晶質性合金薄帯１１Ａ、１２Ａと、下部継鉄１４となる非晶質性合金薄帯１４Ａ、１４Ｂは交互に積層されているから、これら間の下方の積層接合部は図１に実線と破線で示す交互積層構成となる。また、鉄心脚１１及び１２となる非晶質性合金薄帯１１Ａ、１２Ａと、上部継鉄１３となる珪素鋼板１３Ａ、１３Ｂも交互に積層されているから、同様にこれら間の上方の積層接合部は図１に実線と破線で示す交互積層構成となる。

上記のように非晶質性合金薄帯と珪素鋼板を組み合わせて積層した図１に示す変圧器積層鉄心１０は、積層した平置きの状態のままで、非酸化性雰囲気中において焼鈍温度約４００℃及び１０分〜２時間の条件で歪取り焼鈍を実施し、非晶質性合金薄帯の歪を除去して、鉄損や磁気特性の向上を図るようにする。歪取り焼鈍終了後に、鉄心当板及び鉄心締付金具（図示せず）を設けてから、変圧器積層鉄心１０全体を起立させる。その後、図３に示すように上部継鉄１３を形成する珪素鋼板１３Ａ及び１３Ｂを取り外し、鉄心脚１１、１２にそれぞれ巻線１５、１６を装着し、再度珪素鋼板１３Ａ及び１３Ｂの挿鉄作業を行って上部継鉄１３を形成し、変圧器中身本体を構成する。

このように構成すると、巻線１５、１６を装着後に非晶質性合金薄帯よりも剛性の高い珪素鋼板を上部継鉄３の形成に挿鉄するため、珪素鋼板の挿鉄する際に発生する非晶質性合金薄帯の破片の発生を低減すことが可能となり、従来に比べて信頼性の高い変圧器積層鉄心１０とすることができる。

また、変圧器積層鉄心１０は積層した平置きの状態で歪取り焼鈍を行っているため、従来の如く積層ブロックを製作して歪取り焼鈍を実施するものに比べて製作時間を低減できし、積層ブロックの組み合わせ時に局部応力が加わって歪取り焼鈍の効果を減ずるような恐れもなくなる。なお、歪取り焼鈍は、図１の変圧器積層鉄心１０を積層した平置きの状態、或いは起立させた状態で実施してもその効果は同じであり、また鉄心脚１１、１２を形成する非晶質性合金薄帯の端面にワニス等の絶縁処理剤を施すようにすると、破片の発生を抑制することができる。

上記の例では、上部継鉄１３を珪素鋼板１３Ａ及び１３Ｂで形成した変圧器積層鉄心１０で説明したが、下部継鉄１４も非晶質性合金薄帯に比べて剛性の高い珪素鋼板で形成すると、鉄心脚１１、１２と上部継鉄１３の重量を支えるのに十分な強度が得られる。

次に、図４に示す本発明を適用した三相３脚の変圧器積層鉄心２０の例を説明する。この変圧器積層鉄心２０は、巻線２６，２７、２８をそれぞれ巻回する３つの鉄心脚２１、２２、２３は非晶質性合金薄帯で形成し、鉄心脚２１、２２、２３間を磁気的に結合する上部継鉄２４及び下部継鉄２５は珪素鋼板を積層して形成したものである。

このように変圧器積層鉄心２０を構成すれば、大型化しても鉄心脚２１、２２、２３を形成する非晶質性合金薄帯に比べて、上部継鉄２４及び下部継鉄２５を剛性の高い珪素鋼板を積層して形成しているため、変圧器積層鉄心２０の損失を低減できるし、珪素鋼板を挿鉄する際に発生し易い非晶質性合金薄帯の破片を少なくできると共に、鉄心脚２１、２２、２３の重量を支えることが可能となる。

なお、鉄心脚２１、２２、２３を形成する非晶質性合金薄帯と下部継鉄４の積層端面は巻線５を装着する前に、また上部継鉄５の積層端面は巻線５を装着後に、ワニス等の絶縁処理剤を施すこともできる。このようにすると、変圧器積層鉄心２０の積層間抵抗を大きくできるし、非晶質性合金薄帯を固めて破片の発生を低減させることができる。

上記した各実施例においては、本発明を単相２脚及び三相３脚の変圧器積層鉄心の例で説明したが、本発明は単相３脚や三相５脚の変圧器積層鉄心、更にはリアクトルにも適用でき、同様な効果を達成することができる。

１０、２０…静止誘導電器用積層鉄心、１０Ａ、１０Ｂ…積層単位、１１、１２、２１、２２、２３…鉄心脚、１１Ａ、１２Ａ、１４Ａ…非晶質性合金薄帯、１３、２４…上部継鉄、１３Ａ及び１３Ｂ…珪素鋼板、１４、２５…下部継鉄。

Claims

巻線を巻回する少なくとも２つ以上の鉄心脚と、前記鉄心脚間を磁気的に結合する上部及び下部継鉄とからなる静止誘導電器用積層鉄心において、前記各鉄心脚は非晶質性合金薄帯を所定枚数積層した積層体単位を用いて積層して形成し、前記上部及び下部継鉄のうち少なくとも上部継鉄は珪素鋼板を積層して形成し、前記各鉄心脚と前記上部及び下部継鉄間の積層接合部は交互積層構成としたことを特徴とする静止誘導電器用積層鉄心。
請求項１において、非晶質性合金薄帯にて構成した前記鉄心脚又は前記下部継鉄は、前記非晶質性合金薄帯の積層端面に絶縁処理剤を施したことを特徴とする静止誘導電器用積層鉄心。