JP2013197112A - 積層鉄心、静止誘導機器用脚鉄心及び静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】積層鉄心を構成する電磁鋼板の種類をできるだけ少なくしながらも、積層鉄心の外形を近似的に円形状にすることができるとともに、その積層作業を容易にするだけでなく、当該積層鉄心と他の鉄心との締め付けを十分に行うことができるようにする。
【解決手段】積層鉄心２の中心Ｏから径方向に延びる少なくとも３つ以上の分割面Ｘ１〜Ｘ３によって分割された概略扇形状をなす３つ以上の分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備え、分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃが、幅の異なる複数種類の電磁鋼板群２１１が積層されることにより、平面視における外形が概略扇形状とされており、互いに隣接する分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの間それぞれに軸方向両端に開口する空間Ｓが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば変圧器やリアクトルといった静止誘導機器に用いられる積層鉄心に関するものである。

例えばリアクトル等の静止誘導機器としては、特許文献１に示すように、複数のブロック鉄心をギャップを介して組み付けられる脚鉄心と、各脚鉄心の端部を連結する継鉄心とにより構成されている。

そして、上記脚鉄心は、幅の異なる複数の電磁鋼板を幅寸法別に積層してなる複数のブロック要素を重ね合わせて、外周が段形状を有する概略円筒形状となるように構成されている。また、このように構成された脚鉄心は、各ブロック要素を固定するために脚鉄心の外周に例えばガラステープ等の絶縁テープが巻回されてワニス含侵される。

しかしながら、上記構成の脚鉄心では、外周がブロック要素からなる段形状を有することから、絶縁テープが各ブロック要素のエッジにより破断されてしまうという問題がある。このため、各ブロック要素のエッジに絶縁テープ破断防止の対策（例えば保護部材を設ける等）が必要になってしまう。また、エッジよる破断を考慮して、絶縁テープ本来の強度で締め付けを行うことができないため、鉄心の剛性を向上させることが難しいという問題がある。

また、脚鉄心外周とコイル内周の間に放熱空間を必要とし、スペーサを装着する必要があるところ、上記の通り、脚鉄心の外周が段形状を有することから、スペーサを安定して装着することが難しく、段形状に合った複数種類のスペーサを用いる必要がある。

ここで、脚鉄心を構成する電磁鋼板として、種々の幅を有する電磁鋼板を用意することで、脚鉄心の外形を近似的に円形とすることも考えられるが、そうすると、用意する電磁鋼板の種類が膨大となってしまうだけでなく、その積層作業も煩雑になってしまうという問題がある。

さらに、高電圧用途では、脚鉄心における各ブロック要素にエッジがあることで、電荷の集中が起こり、絶縁破壊に繋がる。これを防止するためには絶縁距離を確保しなければならず、必要以上に大きいスペーサを設置しなければならない。このため、コイルの外形寸法が大きくなってしまう。

その上、従来の脚鉄心は概略円筒形状をなし、その中心に形成された貫通孔に固定ボルトが挿入されて、脚鉄心に継鉄心を締め付けることによって固定する構成である。このため、脚鉄心と継鉄心との締め付け力が、脚鉄心の径方向外側に行くに従って弱くなってしまい、脚鉄心と継鉄心との締め付けが不十分となり、騒音発生等の問題が生じてしまう。

特開平１０−９２６５２号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、積層鉄心を構成する電磁鋼板の種類をできるだけ少なくしながらも、積層鉄心の外形を近似的に円形状にすることができるとともに、その積層作業を容易にするだけでなく、当該積層鉄心と他の鉄心との締め付けを十分に行うことができるようにすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る積層鉄心は、概略矩形平板状をなす複数の電磁鋼板を、平面視における外形が概略円形状となるように積層して形成される積層鉄心であり、前記積層鉄心の中心から径方向に延びる少なくとも３つ以上の分割面によって分割された平面視における外形が概略扇形状をなす３つ以上の分割鉄心要素を備え、前記分割鉄心要素が、同一幅を有する複数の電磁鋼板からなる群を電磁鋼板群として、幅の異なる複数種類の電磁鋼板群が積層されることにより、平面視における外形が概略扇形状とされており、互いに隣接する分割鉄心要素の間それぞれに軸方向両端に開口する空間が形成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、積層鉄心を３つ以上の分割鉄心要素に分割し、当該分割鉄心要素が幅の異なる複数種類の電磁鋼板群を積層することによって概略扇形状として、これら３つ以上の分割鉄心要素を組み合わせるように構成しているので、積層鉄心を構成する電磁鋼板の種類をできるだけ少なくしながらも、積層鉄心を近似的に円形状とすることができ、絶縁テープの破断を防止するとともに、当該絶縁テープにより十分な締め付けを確保することができる。また、互いに隣接する分割鉄心要素の間それぞれに軸方向両端に開口する空間が形成されているので、当該空間に他の鉄心を締め付けるための固定軸部材を通すことによって、積層鉄心と他の鉄心とを複数の固定軸部材を用いて固定することができ、積層鉄心と他の鉄心との締め付けを当該接触面全体において均一且つ十分に行うことができる。

互いに隣接する分割鉄心要素の間において、径方向中央部に最も大きい空間が形成されるものであることが望ましい。これならば、積層鉄心及び他の鉄心との締め付けを接触面全体で均一化することができる。

前記各分割鉄心要素が略同一形状をなすものであることが望ましい。これならば、積層鉄心を構成する分割鉄心要素を共通化して、電磁鋼板の種類をより一層低減することができる。また、各分割鉄心要素を略同一形状とすることによって、積層鉄心をその中心に対して対称形状とすることができるので、固定軸部材が通される空間も中心に対して対称位置に形成されることになり積層鉄心と他の鉄心との締め付けを当該接触面全体においてより均一にすることができる。

また本発明に係る静止誘導機器は、複数の脚鉄心と、当該複数の脚鉄心の上面同士及び下面同士を連結して閉磁路を形成する複数の継鉄心とを備えた静止誘導機器であって、前記脚鉄心が、概略矩形平板状をなす複数の電磁鋼板を、平面視における外形が概略円形状となるように、幅方向にずらして積層して形成される積層鉄心であり、前記積層鉄心の中心から径方向に延びる少なくとも３つ以上の分割面によって分割された平面視における外形が概略扇形状をなす３つ以上の分割鉄心要素を備え、前記分割鉄心要素が、同一幅を有する複数の電磁鋼板からなる群を電磁鋼板群として、当該電磁鋼板群を構成する電磁鋼板の幅が異なる複数種類の電磁鋼板群が積層されることにより、平面視における外形が概略扇形状とされており、互いに隣接する分割鉄心要素の間それぞれに形成された軸方向両端に開口する空間に、前記継鉄心を前記脚鉄心に固定するための固定軸部材が通されており、前記各脚鉄心と前記継鉄心とが複数の固定軸部材を介して固定されていることを特徴とする。

このようなものであれば、脚鉄心を３つ以上の分割鉄心要素に分割し、当該分割鉄心要素が幅の異なる複数種類の電磁鋼板群を積層することによって概略扇形状として、これら３つ以上の分割鉄心要素を組み合わせるように構成しているので、脚鉄心を構成する電磁鋼板の種類をできるだけ少なくしながらも、脚鉄心を近似的に円形状とすることができ、絶縁テープの破断を防止するとともに、当該絶縁テープにより十分な締め付けを確保することができる。また、互いに隣接する分割鉄心要素の間それぞれに軸方向両端に開口する空間が形成されているので、当該空間に継鉄心を締め付けるための固定軸部材を通すことによって、脚鉄心と継鉄心とを複数の固定軸部材を用いて固定することができ、脚鉄心と脚鉄心との締め付けを当該接触面全体において均一且つ十分に行うことができる。

このように構成した本発明によれば、積層鉄心を構成する電磁鋼板の種類をできるだけ少なくしながらも、積層鉄心の外形を近似的に円形状にすることができるとともに、その積層作業を容易にするだけでなく、当該積層鉄心と他の鉄心との締め付けを十分に行うことができる。

本実施形態の静止誘導機器を示す図。 同実施形態の脚鉄心の斜視図。 同実施形態の脚鉄心の平面図。 同実施形態の脚鉄心の分割鉄心要素の拡大平面図。 同実施形態の隣接する分割鉄心要素及び電磁鋼板群を示す拡大図。 同実施形態の脚鉄心の正面図。 同実施形態の脚鉄心の背面図。 同実施形態の脚鉄心の右側面図。 同実施形態のＡ−Ａ部分拡大図。 同実施形態のＢ−Ｂ部分拡大図。 同実施形態のＣ−Ｃ部分拡大図。 変形実施形態の脚鉄心の平面図。

以下に本発明に係る積層鉄心を用いた静止誘導機器の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る静止誘導機器１００は、例えば変圧器やリアクトルであり、図１に示すように、複数の脚鉄心２と、当該複数の脚鉄心２の上端面同士を連結する上部継鉄心３と、前記複数の脚鉄心２の下端面同士を連結する下部継鉄心４とを備えている。そして、脚鉄心２には、一次巻線５又は二次巻線６が適宜巻回されている。

そして、脚鉄心２は、図２に示すように、概略矩形平板状をなす複数の電磁鋼板２００を、平面視における外形が概略円形状となるように、幅方向にずらして積層して形成される積層鉄心である。なお、電磁鋼板２００は、例えば表面に絶縁皮膜が施された方向性電磁鋼板（珪素鋼板）により形成されており、その板厚が例えば約０．３ｍｍの長尺形状をなすものである。

具体的に脚鉄心２は、図２〜図１１に示すように、脚鉄心２の中心Ｏ（図３参照）から径方向に延びる少なくとも３つの分割面Ｘ１〜Ｘ３によって分割された平面視における外形が概略扇形状をなす３つの分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えている。

各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、特に図３及び図４に示すように、平面視において同一形状をなすものであり、幅の異なる複数種類の電磁鋼板群２１１を積層することによって、平面視における外形が概略扇形状とされている。なお、本実施形態では、概略円形状をなす脚鉄心２を３分割して分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを形成しているので、各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの扇形状の中心角度は、１２０度である。

より詳細には、特に図４に示すように、各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおいて、中心部にある電磁鋼板群２１１が最も大きな幅を有する電磁鋼板群２１１であり、その両側に外側に行くに従って徐々に幅の小さい電磁鋼板群２１１が配置されることによって平面視における外形が概略扇形状となるように構成されている。なお、各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、中心にある電磁鋼板群２１１に対して左右対称形状となるように幅の小さい電磁鋼板群２１１が配置される。

そして、この各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの外側面は、概略円弧状となるように構成されている。つまり、各電磁鋼板群２１１を幅方向のずらすことによって、電磁鋼板群２１１を構成する電磁鋼板２００の外側端部が同一円上に位置するように構成されている。このとき、各電磁鋼板群２１１を構成する電磁鋼板２００の内側端部は同一円上に位置することになる。

このように構成された３つの分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを組み合わせて、平面視における外形が概略円形状となる脚鉄心２が形成される。このとき、互いに隣接する分割鉄心要素（２１ａ及び２１ｂ、２１ｂ及び２１ｃ、２１ｃ及び２１ａ）の間には、軸方向両端に開口する軸方向に沿って延びる複数の空間Ｓが形成される。

各空間Ｓは、図５に示すように、互いに隣接する分割鉄心要素それぞれにおいて、１つの電磁鋼板群Ａを構成する電磁鋼板２００の内側端面と、当該電磁鋼板群Ａに隣接する幅の大きい電磁鋼板群Ｂにおいて、前記電磁鋼板群Ａに接触する電磁鋼板２００の側面とから形成される凹部２１Ｍによって形成される。

そして、互いに隣接する分割鉄心要素の間に形成された複数の空間Ｓのうち所定の１つが、脚鉄心２に継鉄心３、４を締め付けて固定するための固定軸部材７が挿入される挿入空間Ｓａとされる。本実施形態では、この挿入空間Ｓａは、互いに隣接する分割鉄心要素（２１ａ及び２１ｂ、２１ｂ及び２１ｃ、２１ｃ及び２１ａ）の間において、径方向中央部に形成されて、最も大きい空間Ｓである。このように所定の１つの空間Ｓを最も大きくするための構成としては、当該空間Ｓを電磁鋼板２００の内側端面により形成する電磁鋼板群２１１の枚数を、他の電磁鋼板群２１１よりも多くすることによって挿入空間Ｓａを大きくすることができる。

次にこのように構成した脚鉄心２の製造方法について簡単に説明する。まず、幅の異なる複数種類の電磁鋼板２００を多数準備する。そして、幅が同一の電磁鋼板２００を所定枚数積層して電磁鋼板群２１１を構成する。このように準備した幅の異なる複数種類の電磁鋼板群２１１を積層した後、円弧形状を有する型に電磁極板群２１１の幅方向一端側を押し当てることにより、電磁極板群２１１の幅方向一端部が円弧状となり分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃが形成される。このとき、分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを構成する電磁鋼板２００を溶接等により一体化する。このように構成した分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを組み合わせることによって脚鉄心２が構成される。ここで、各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを固定するために脚鉄心２の外周に絶縁テープ（例えばガラステープ）を巻回して、ワニス含侵する。

そして、この脚鉄心２の上端面及び下端面に継鉄心３、４を接触させた後、継鉄心３、４に形成された固定用貫通孔及び脚鉄心２に形成された挿入空間Ｓａに固定軸部材７を挿入するとともに、当該固定軸部材７の両端部に設けられた雄ねじ部にナット部材８を螺合させることによって、継鉄心３、４を脚鉄心２に締め付けて固定する（図１参照）。

このように構成した本実施形態に係る静止誘導機器１００によれば、脚鉄心２を３つの分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃに分割し、当該分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃが幅の異なる複数種類の電磁鋼板群２１１を積層することによって概略扇形状として、これら３つの分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃを組み合わせるように構成しているので、脚鉄心２を構成する電磁鋼板２００の種類をできるだけ少なくしながらも、脚鉄心２を近似的に円形状とすることができ、絶縁テープの破断を防止するとともに、当該絶縁テープにより十分な締め付けを確保することができる。また、互いに隣接する分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃの間それぞれに軸方向両端に開口する空間Ｓが形成されているので、当該空間Ｓに継鉄心３、４を締め付けるための固定軸部材７を通すことによって、脚鉄心２と継鉄心３、４とを３本の固定軸部材７及びナット部材８を用いて固定することができるので、脚鉄心２と継鉄心３、４との締め付けを当該接触面全体において均一且つ十分に行うことができる。

また、各分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃが同一構成、同一形状をなすものであることから、部品点数を削減することができるとともに、積層作業を容易にすることができる。さらに分割鉄心要素２１ａ、２１ｂ、２１ｃが同一形状であることから、固定軸部材７を挿入する挿入空間Ｓａが脚鉄心２の中心に対して対称位置に形成されることになり、脚鉄心２に継鉄心３、４を締め付け固定した場合に、脚鉄心２に対する継鉄心３、４の締め付け力を均一化することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、脚鉄心２を３分割した場合について説明したが、４つ以上に分割したものであっても良い。図１２に脚鉄心２を４等分割した場合について示す。このとき当該脚鉄心は、脚鉄心２の中心Ｏから径方向に延びる４つの分割面Ｘ１〜Ｘ４によって分割された平面視における外形が概略扇形状をなす４つの分割鉄心要素２１ａ〜２１ｄを有する。

このように脚鉄心２を４分割することができるが、分割数を増やすほど部品点数が増えてしまうこと及び鉄心の占積率が低下してしまうことから、前記実施形態の３つが最も好ましい。なお、２分割した場合には、挿入空間Ｓａが脚鉄心２の中心Ｏに対して対向した２箇所に形成されることから、当該２箇所により継鉄心３、４を締め付け固定した場合に、当該２箇所から９０度回転した位置の締め付けが弱くなってしまう。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・静止誘導機器
２００・・・電磁鋼板
Ｘ１〜Ｘ３・・・分割面
２・・・脚鉄心（積層鉄心）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・分割鉄心要素
２１１・・・電磁鋼板群
Ｓ・・・空間
Ｓａ・・・挿入空間
３、４・・・継鉄心
７・・・固定軸部材
８・・・ナット部材

Claims (5)

1. 概略矩形平板状をなす複数の電磁鋼板を、平面視における外形が概略円形状となるように積層して形成される積層鉄心であり、
   前記積層鉄心の中心から径方向に延びる少なくとも３つ以上の分割面によって分割された平面視における外形が概略扇形状をなす３つ以上の分割鉄心要素を備え、
   前記分割鉄心要素が、同一幅を有する複数の電磁鋼板からなる群を電磁鋼板群として、幅の異なる複数種類の電磁鋼板群が積層されることにより、平面視における外形が概略扇形状とされており、
   互いに隣接する分割鉄心要素の間それぞれに軸方向両端に開口する空間が形成されている積層鉄心。
2. 互いに隣接する分割鉄心要素の間において、径方向中央部に最も大きい空間が形成されるものである請求項１記載の積層鉄心。
3. 前記各分割鉄心要素が略同一形状をなすものである請求項１又は２記載の積層鉄心。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の積層鉄心を用いた静止誘導機器用脚鉄心。
5. 複数の脚鉄心と、当該複数の脚鉄心の上面同士及び下面同士を連結して閉磁路を形成する複数の継鉄心とを備えた静止誘導機器であって、
   前記脚鉄心が、概略矩形平板状をなす複数の電磁鋼板を、平面視における外形が概略円形状となるように、幅方向にずらして積層して形成される積層鉄心であり、
   前記積層鉄心の中心から径方向に延びる少なくとも３つ以上の分割面によって分割された平面視における外形が概略扇形状をなす３つ以上の分割鉄心要素を備え、
   前記分割鉄心要素が、同一幅を有する複数の電磁鋼板からなる群を電磁鋼板群として、当該電磁鋼板群を構成する電磁鋼板の幅が異なる複数種類の電磁鋼板群が積層されることにより、平面視における外形が概略扇形状とされており、
   互いに隣接する分割鉄心要素の間それぞれに形成された軸方向両端に開口する空間に、前記継鉄心を前記脚鉄心に固定するための固定軸部材が通されており、前記各脚鉄心と前記継鉄心とが複数の固定軸部材を介して固定されている静止誘導機器。