JP2014146719A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉄心の磁気特性を悪化させることなく、また、巻鉄心のラップ部の高さを抑え、コンパクト化を図ることができる変圧器を提供する。
【解決手段】 巻鉄心１は、ブロックＢ_ｍと、ブロックＢ_ｍを構成する複数の磁性帯板Ｓで構成され、複数の磁性帯板のうち一つの磁性帯板は、その両端部が互いに重ね合わせて接合部分となるように巻回されており、複数のブロックのうち一つのブロックは、隣接する磁性帯板の接合部分に対し、外周側に重ねる磁性帯板ほど巻回方向へずらして複数積層されており、巻鉄心のブロックＢ_ｍを構成する磁性帯板の数をＬとし、前記ブロックＢ_ｍよりも外周側に隣接するブロックＢ_ｍ＋1を構成する磁性帯板の数をＮとしたとき、少なくとも隣り合う１組のブロックにおける磁性帯板の数の関係がＬ＜Ｎとなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁性材を多層に巻回した巻鉄心を有する変圧器に関し、特に鉄心のブロックの構造に関するものである。

本発明に関連した従来技術として、例えば特許文献１の図７に示されるアモルファス変圧器においては、各積層体においてその両端をオーバーラップ（重ね合わせ）の構成としている。また図６においては、各積層体の両端においてはバットラップ（突き合せ）の構成としている。

特開平７−２３０９３０号公報

特許文献１の図７のオーバーラップ（重ね合わせ）方式の巻鉄心においては、バットラップ（突き合せ）方式に比べ、磁気特性が良いというメリットがあるが、逆に各積層体の両端を重ね合せているため、ヨーク部における巻鉄心の高さが高くなり、巻鉄心が大きくなるというデメリットがある。これは、アモルファスの積層体に限らず、珪素鋼板を１枚ずつ重ね合わせるオーバーラップ方式を用いた場合でも同様であり、巻鉄心の高さが高くなるというデメリットがある。

また、特許文献１の図６のバットラップ（突き合せ）方式の巻鉄心においては、オーバーラップ（重ね合せ）方式に比べ、ヨーク部における巻鉄心の高さを抑えることができ、巻鉄心のコンパクト化を図ることができるが、磁気特性が悪化するというデメリットがある。

本発明は、鉄心の磁気特性を悪化させることなく、また、巻鉄心のラップ部の高さを抑え、コンパクト化を図ることができる変圧器を提供することが目的である。

請求項１に記載された発明は、磁性帯板を複数環状に成形した巻鉄心と、励磁用コイルとを備える変圧器を対象とし、巻鉄心は、複数のブロックＢ_ｍと、ブロックＢ_ｍを構成する複数の磁性帯板で構成され、複数の磁性帯板のうち一つの磁性帯板は、その両端部が互いに重ね合わせて接合部分となるように巻回されており、複数のブロックのうち一つのブロックは、隣接する磁性帯板の接合部分に対し、外周側に重ねる磁性帯板ほど巻回方向へずらして複数積層されており、巻鉄心のブロックＢ_ｍを構成する磁性帯板の数をＬとし、ブロックＢ_ｍよりも外周側に隣接するブロック_Ｂｍ＋1を構成する磁性帯板の数をＮとしたとき、少なくとも隣り合う１組のブロックにおける磁性帯板の数の関係がＬ＜Ｎとなるものである。

請求項２に記載された発明は、磁性帯板を複数環状に成形した巻鉄心と、励磁用コイルとを備える変圧器を対象とし、巻鉄心は、複数のブロックＢ_ｍと、ブロックＢ_ｍを構成する複数の磁性帯板で構成され、複数の磁性帯板のうち一つの磁性帯板は、その両端部が互いに重ね合わせて接合部分となるように巻回されており、複数のブロックのうち一つのブロックは、隣接する磁性帯板の接合部分に対し、外周側に重ねる磁性帯板ほど巻回方向へずらして複数積層されており、巻鉄心のブロックＢ_ｍを構成する磁性帯板の数をＬとし、ブロックＢ_ｍよりも外周側に隣接するブロックＢ_ｍ＋1を構成する磁性帯板の数をＮとしたとき、磁性帯板の数の関係がＬ＜Ｎとなるものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１ないし２に記載された発明に加えて、巻鉄心の最内周のブロックを構成する磁性帯板の数が最も少なく、最外周のブロックを構成する磁性帯板の数が最も多いものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１ないし３に記載された発明に加えて、接合部分は、外周側のブロックに位置するにつれてヨーク部の直線部の両端から、巻鉄心のコーナー部側に設けられていくものである。

請求項５に記載された発明は、請求項１ないし３に記載された発明に加えて、接合部分は、外周側のブロックに位置するにつれてヨーク部の直線部の両端から、巻鉄心のコーナー部側へ、更に外周側のブロックに位置するにつれてコーナー部でもリム部側よりに設けられるものである。

請求項６に記載された発明は、請求項１ないし５に記載された発明に加えて、一つの磁性帯板は、一枚の磁性体鋼板もしくは、複数の磁性体薄板を積層して構成されているものである。

本発明によれば、良好な磁気特性を得ることができ、かつ、巻鉄心のヨーク部における高さを抑えることができ、巻鉄心のコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施形態における変圧器の巻鉄心とコイルとの構成を示したものである。 本発明の実施形態における変圧器の巻鉄心の下部ヨーク部における構成の正面図を示したものである。

以下図１、２を用いて、本発明の実施形態について説明する。

図１において、１が巻鉄心であり、磁性帯板Ｓを複数積層し、環状に成形している。１１が巻鉄心１のリム部、１２が巻鉄心１の下部ヨーク部である。下部ヨーク部１２は巻鉄心１の磁性帯板Ｓの接合部分となる。また２が巻鉄心１を励磁するための励磁用コイルである。

図２において、巻鉄心１の下部ヨーク部１２の拡大正面図を示している。下部ヨーク部１２は、直線部１２ａとコーナー部１２ｂとで構成されている。

以下、巻鉄心１の構成について説明する。

巻鉄心１のＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３・・・・Ｂ_ｍ・・は、複数の磁性帯板Ｓで構成されるブロックを表している。ただし、ｍは巻鉄心１の最内周側のブロックからｍ番目に配置されているブロックを示す。

図２の一つの磁性帯板Ｓは複数の磁性体薄板（例えばアモルファス薄板を８枚程度）を積層して構成されている。もしくは一つの磁性帯板Ｓが、一枚の磁性体鋼板（例えば珪素鋼板）で構成されている場合も含まれる。

ここでブロックＢ_ｍについて説明を行う。ブロックＢ_ｍの最内周の磁性帯板をＳ_ｍ１で表し、磁性帯板Ｓ_ｍ１の隣り合う外周の磁性帯板をＳ_ｍ２で表すように、ブロックＢ_ｍは、内周周の磁性帯板から順に磁性帯板Ｓ_ｍ１，Ｓ_ｍ２・・・・Ｓ_ｍＬ（層数Ｌ）で構成される。１つの磁性帯板Ｓはその両端部が互いに重ね合わせて接合部分Ｒとなるように巻回されている。すなわち磁性帯板Ｓ_ｍ１の両端部の接合部分をＲ_ｍ１とすれば、磁性帯板Ｓ_ｍ２・・・・Ｓ_ｍＬに対し、接合部分Ｒ_ｍ２・・・・Ｒ_ｍＬがそれぞれ形成される。

またブロックＢ_ｍ内において、外周側に重ねる磁性帯板Ｓの接合部分Ｒほど巻回方向へずれるように積層される。例えばブロックＢ_ｍ内の磁性帯板Ｓ_ｍ２の接合部分Ｒ_ｍ２は、その内周の磁性帯板Ｓ_ｍ１の接合部分Ｒ_ｍ１よりも巻回方向へずれるように磁性帯板Ｓ_ｍ２を巻回されており、同様に接合部分Ｒ_ｍ３，Ｒ_ｍ４・・・・においても外周側になればなるほど巻回方向へずれるように、各磁性帯板Ｓが巻回されている。

ここで図２では、最内周（ｍ＝１）のブロックＢ_１の場合、Ｓ_１１・・・・Ｓ_１３（磁性帯板の数３）で構成され、ブロックＢ_２は、磁性帯板Ｓ_２１・・・・Ｓ_２４（磁性帯板の数４）で構成され、ブロックＢ_３は、磁性帯板Ｓ_３１・・・・Ｓ_３５（磁性帯板の数５）で構成される。すなわち、外周側のブロックになればなるほど、磁性帯板の数が増える構成となっており、ブロックＢ_ｍ＋１が磁性帯板Ｓ_{ｍ＋１，１}・・・・Ｓ_{ｍ＋１，Ｎ}（磁性帯板の数Ｎ）で構成されているとすると、Ｌ＜Ｎの関係が成り立つ。

従来の巻鉄心では、常にＬ＝Ｎ、すなわち各ブロックの磁性帯板Ｓの数はどこも同じであったが、本発明では、外周側のブロックになればなるほど磁性帯板の数が多くなる構成となる。ただし全てのブロックに対し、外周側になればなるほど必ず磁性帯板の数が増えるという構成としなくとも、少なくとも１組の隣り合うブロックにおいて、Ｌ＜Ｎの関係が成り立てば良い。

次に接合部分Ｒについて説明を行う。

ブロックＢ_１の最内周の磁性帯板Ｓ_１１における接合部分Ｒ_１１および、最外周の磁性帯板Ｓ_１３における接合部分Ｒ_１３は直線部１２ａの両端に設けられている。またブロックＢ_２の最内周の磁性帯板Ｓ_２１における接合部分Ｒ_２１および、最外周の磁性帯板Ｓ_２４における接合部分Ｒ_２４はコーナー部１２ｂ（但し直線部１２ａ側寄り）に設けられている。さらにブロックＢ_３の最内周の磁性帯板Ｓ_３１における接合部分Ｒ_３１および、最外周の磁性帯板Ｓ_３５における接合部分Ｒ_３５は、コーナー部１２ｂに設けられているが、接合部分Ｒ_２１およびＲ_２４に比べ、リム部１１側に設けられている。

すなわち本発明では、ブロックＢ_ｍ＋１の最内周の磁性帯板Ｓ_{ｍ＋１，１}における接合部分Ｒ_{ｍ＋１，１}および、最外周の磁性帯板Ｓ_{ｍ＋１，Ｎ}における接合部分Ｒ_{ｍ＋１，Ｎ}は、その隣り合う内周側のブロックＢ_ｍの最内周の磁性帯板Ｓ_ｍ１における接合部分Ｒ_ｍ１および、最外周の磁性帯板Ｓ_ｍＬにおける接合部分Ｒ_ｍＬに比べ、同じコーナー部１２ｂでもよりリム部１１側に設けられる。ただし全てのブロックにおいて前記示した関係を満たす必要はなく、少なくとも１組の隣り合うブロックで前記示した関係が成り立てば良い。

これは、内周側のブロックになればなるほどコーナー部１２ｂにおいては、磁性帯板の反発（巻鉄心１の径方向に対し、外側へ働こうとする）力が強く、逆に、外周側のブロックになればなるほど反発力は弱まる。よって、内周側のブロックにおいては、接合部分Ｒをコーナー部１２ｂに設けず、外周側のブロックになればなるほど、接合部分Ｒをコーナー部１２ｂに設けることで、磁性帯板の反発を抑えることができる。よって外周側ブロックＢにおいては接合部分Ｒをコーナー部に設けることで、無理なく外周側ブロックＢの磁性帯板Ｓの数を増やすことができる。

以上のような構成で、下部ヨーク部１２の高さを抑えることができる。

これは、以下の理由による。各磁性帯板の両端を重ね合わせ（接合）した構成は、同じく両端を付き合わせした構成に比べ、１ブロック当たり１つの磁性帯板分の厚みが下部ヨーク部１２に加わる。よって、ブロック数が多ければ多いほど、下部ヨーク部１２の高さが高くなる。本発明ではブロック数を減らし、代わりに１ブロック当たりの磁性帯板の数を増やすことで、下部ヨーク部１２の高さを抑え、コンパクト化を図った。特に外周側のブロックで、コーナー部１２ｂに接合部分Ｒを設けることで、外周のブロックになればなるほど磁性帯板の数を増やすことができ、無理なくブロック数を減らし、コンパクト化を図ることができる。さらには磁性帯板の両端を重ね合わせていることで、磁性帯板の両端を突き合わせている構成よりも、良好な磁気特性をも得ることができる。

１ 巻鉄心
２ 励磁用コイル
１１ リム部
１２ 下部ヨーク部
１２ａ 直線部
１２ｂ コーナー部
Ｂ ブロック
Ｒ 接合部分
Ｓ 磁性帯板

Claims (6)

1. 磁性帯板を複数環状に成形した巻鉄心と、励磁用コイルとを備える変圧器において、
   前記巻鉄心は、複数のブロックＢ_ｍと、前記ブロックＢ_ｍを構成する複数の磁性帯板で構成され、
   前記複数の磁性帯板のうち一つの磁性帯板は、その両端部が互いに重ね合わせて接合部分となるように巻回されており、
   前記複数のブロックのうち一つのブロックは、隣接する磁性帯板の接合部分に対し、外周側に重ねる磁性帯板ほど巻回方向へずらして複数積層されており、
   前記巻鉄心のブロックＢ_ｍを構成する磁性帯板の数をＬとし、前記ブロックＢ_ｍよりも外周側に隣接するブロック_Ｂｍ＋1を構成する磁性帯板の数をＮとしたとき、少なくとも隣り合う１組のブロックにおける磁性帯板の数の関係がＬ＜Ｎであることを特徴とする変圧器。
2. 磁性帯板を複数環状に成形した巻鉄心と、励磁用コイルとを備える変圧器において、
   前記巻鉄心は、複数のブロックＢ_ｍと、前記ブロックＢ_ｍを構成する複数の磁性帯板で構成され、
   前記複数の磁性帯板のうち一つの磁性帯板は、その両端部が互いに重ね合わせて接合部分となるように巻回されており、
   前記複数のブロックのうち一つのブロックは、隣接する磁性帯板の接合部分に対し、外周側に重ねる磁性帯板ほど巻回方向へずらして複数積層されており、
   前記巻鉄心のブロックＢ_ｍを構成する磁性帯板の数をＬとし、前記ブロックＢ_ｍよりも外周側に隣接するブロックＢ_ｍ＋1を構成する磁性帯板の数をＮとしたとき、磁性帯板の数の関係がＬ＜Ｎであることを特徴とする変圧器。
3. 前記巻鉄心の最内周のブロックを構成する磁性帯板の数が最も少なく、最外周のブロックを構成する磁性帯板の数が最も多いことを特徴とする請求項１ないし２に記載の変圧器。
4. 前記接合部分は、外周側のブロックに位置するにつれてヨーク部の直線部の両端から、前記巻鉄心のコーナー部側に設けられていくことを特徴とする請求項１ないし３に記載の変圧器。
5. 前記接合部分は、外周側のブロックに位置するにつれてヨーク部の直線部の両端から、前記巻鉄心のコーナー部側へ、更に外周側のブロックに位置するにつれてコーナー部でもリム部側よりに設けられることを特徴とする請求項１ないし３に記載の変圧器。
6. 前記一つの磁性帯板は、一枚の磁性体鋼板もしくは、複数の磁性体薄板を積層して構成されていることを特徴とする請求項１ないし５に記載の変圧器。

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