JP2015122346A

JP2015122346A - スコット結線変圧器用鉄心及びスコット結線変圧器

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Publication number: JP2015122346A
Application number: JP2013263904A
Authority: JP
Inventors: 外村　徹; Toru Tonomura; 徹外村; 幸男玉置; Yukio Tamaoki; 泰広藤本; Yasuhiro Fujimoto
Original assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Current assignee: Tokuden Co Ltd Kyoto
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP6259277B2

Abstract

【課題】鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ったスコット結線変圧器を提供する。【解決手段】スコット結線変圧器に用いられる鉄心であって、スコット結線された誘導コイル１１が巻回される主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２と、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２に生じる磁束の共通の磁束通路になる共通脚鉄心４３と、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の上下それぞれを連結する継鉄心４４とを備え、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３が、平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置され、継鉄心４４が、平面視において共通脚鉄心４３を屈折点として折れ曲がっている。【選択図】図１

Description

本発明は、主座変圧器及びＴ座変圧器からなるスコット結線変圧器及び当該スコット結線変圧器に用いられる鉄心に関するものである。

スコット結線変圧器に用いられる鉄心としては、特許文献１に示すように、コイルが巻回された主座脚鉄心及びＴ座脚鉄心と、主座脚鉄心及びＴ座脚鉄心の間に配置される中央脚鉄心とを有する三脚鉄心がある。このような三脚鉄心は、図７に示すように、主座脚鉄心、Ｔ座脚鉄心及び中央脚鉄心が平面視において一直線に並ぶように配置されている。

しかしながら、主座脚鉄心、Ｔ座脚鉄心及び中央脚鉄心が一直線に並ぶように配置された三脚鉄心は、主座脚鉄心及びＴ座脚鉄心の距離Ｄにより三脚鉄心全体の幅寸法が決まってしまう。また、主座脚鉄心及びＴ座脚鉄心に巻回されるコイルの巻数によってスコット結線変圧器の幅寸法も決まってしまう。したがって、主座脚鉄心、Ｔ座脚鉄心及び中央脚鉄心の幅寸法を小さくしなければ、三脚鉄心全体の幅寸法を小さくすることはできず、また、コイルの巻数を減らす等によりコイルの巻回径を小さくしなければ、スコット結線変圧器の幅寸法を小さくすることはできない。その結果、従来のスコット結線変圧器では、省スペース化が難しいという問題がある。

特開昭６１−２４８５０８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、スコット結線変圧器に用いられる鉄心において、各脚鉄心自体の寸法を小さくすること無く、またコイルの巻回径を小さくすること無く、鉄心全体又はスコット結線変圧器の幅方向の寸法を小さく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スコット変圧器用鉄心は、スコット結線変圧器に用いられる鉄心であって、スコット結線されたコイルが巻回される２つの主脚鉄心と、前記２つの主脚鉄心に生じる磁束の共通の通路になる共通脚鉄心と、前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の上下それぞれを連結する継鉄心とを備え、前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置され、前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈折点として折れ曲がっていることを特徴とする。

このようなものであれば、２つの主脚鉄心及び共通脚鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置されるとともに、継鉄心が、平面視において共通脚鉄心を屈曲点として折れ曲がっているので、各脚鉄心自体の寸法を小さくすること無く、２つの主脚鉄心間の距離を小さくすることができ、鉄心全体の幅寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。また、コイルの巻回径を小さくすること無く、スコット結線変圧器の幅寸法を小さくすることができ、省スペース化を図ることができる。

前記２つの主脚鉄心の一方及び前記共通脚鉄心の距離と、前記２つの主脚鉄心の他方及び前記共通脚鉄心の距離とが、互いに等しいことが望ましい。
これならば、２つの主脚鉄心の一方及び共通脚鉄心の間の磁路長さと、２つの主脚鉄心の他方及び共通脚鉄心の間の磁路長さとが等しくなるので、２つの主脚鉄心の磁気特性が互いに同等となり、効率良く三相交流電源から２つの単相回路に変換することができる。

前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視において直角三角形の頂点に位置するように配置され、前記共通脚鉄心が、前記直角三角形の頂点のうち直角である頂点に位置するように配置されることが望ましい。
これならば、２つの主脚鉄心間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

前記２つの主脚鉄心の少なくとも一方が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状のインボリュート鉄心であることが望ましい。
これならば、断面略円形のインボリュート鉄心は渦電流損が小さいので、前記主脚鉄心自体の発熱を低減することができる。

前記継鉄心が、変形巻鉄心により構成されていることが望ましい。
これならば、断面略円形の脚鉄心との衝合部を同じ円形にすることが簡単である。

また本発明に係るスコット結線変圧器用鉄心を用いたスコット結線変圧器が、前記２つの主脚鉄心の少なくとも一方に巻回される１次コイル及び２次コイルが単一のコイルから構成された単巻変圧器であることが望ましい。
このように１次コイル及び２コイルを単巻結線することで、１次コイルと２次コイルとの間の絶縁を簡素にすることができ、製作し易くなるとともに、事故発生のリスクを低減することができる。

このように構成した本発明によれば、スコット結線変圧器に用いられる鉄心において、各脚鉄心自体の寸法を小さくすること無く、またコイルの巻回径を小さくすること無く、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくすることができる。

本実施形態に係るスコット結線変圧器の構成を模式的に示す平面図。変形実施形態に係るスコット結線変圧器の構成を模式的に示す回路図。同実施形態のスコット結線変圧器の構成を模式的に示す正面図。変形実施形態に係る継鉄心の成形過程を模式的に示す図。変形実施形態に係るスコット結線変圧器の構成を模式的に示す平面図。変形実施形態に係るスコット結線変圧器の構成を模式的に示す平面図。従来のスコット結線変圧器の構成を模式的に示す平面図。

以下に本発明に係るスコット結線変圧器の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るスコット結線変圧器１００は、三相交流電源からの三相交流を２つの単相交流に変換する変圧器であり、主座変圧器２とＴ座変圧器３とからなる。また、主座変圧器２及びＴ座変圧器３は、１次コイル及び２次コイルが単一のコイルから構成された単巻変圧器であり、主座変圧器２の鉄心及びＴ座変圧器３の鉄心は、一体形成されたものである。

具体的にスコット結線変圧器１００の鉄心４は、図１に示すように、スコット結線された誘導コイル１１、１２が巻回される主脚鉄心４１、４２と、この主脚鉄心４１、４２に生じる磁束の共通の通路になるとともに、互いの磁束を直接通じなくするための共通脚鉄心４３と、主脚鉄心４１、４２及び共通脚鉄心４３の上下それぞれを連結する継鉄心４４とを有するものである。

一方の主脚鉄心４１は、主座変圧器２の１次コイル及び２次コイルである誘導コイル１１が巻回される脚鉄心である。なお、以下において、一方の主脚鉄心４１を主座脚鉄心４１という。また、他方の主脚鉄心４２は、Ｔ座変圧器３の１次コイル及び２次コイルである誘導コイル１２が巻回される脚鉄心である。なお、以下において、他方の主脚鉄心４２をＴ座脚鉄心４２という。

誘導コイル１１の両端には、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうち二相（例えばＶ相、Ｗ相）が接続される。また、誘導コイル１２の一方の端は、誘導コイル１１の中点に接続され、誘導コイル１２の他方の端は、三相のうち誘導コイル１１に接続されない残りの一相（例えばＵ相）が接続される。具体的には、誘導コイル１１の偶数巻き数Ｎに対し、誘導コイル１２の巻き数を（√３／２）Ｎとして、誘導コイル１２の一方の端を誘導コイル１１のＮ／２の位置に接続するように構成されている。

本実施形態のスコット結線変圧器１００のスコット結線例としては、誘導コイル１１及び誘導コイル１２はどちらも巻き数Ｎのものを用いることが考えられる。具体的には、図２に示すように、誘導コイル１１の両端を三相交流電源のＶ相及びＷ相に接続し、誘導コイル１２の一端を誘導コイル１１のＮ／２の位置に接続する。そして、誘導コイル１２の（√３／２）Ｎの位置に三相交流電源のＵ相を接続する。このように、三相入力電圧と２回路の単相出力電圧とが同じになるように構成されている。さらに、誘導コイル１１の両端には、負荷１３が接続されており、誘導コイル１２の両端には、負荷１３と同容量の負荷２３が接続されている。

また、本実施形態では、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３が平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置されている。

本実施形態の主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２は、図１及び図３に示すように、それぞれ互いに離間して設けられた上下方向に延びる断面略円形の脚鉄心である。具体的に主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２は、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した断面略円形のインボリュート鉄心により構成されている。また、この主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２は互いに同寸法のものであり、主座脚鉄心４１の横断面積Ｓ１と、Ｔ座脚鉄心４２の横断面積Ｓ２とは互いに等しい。

共通脚鉄心４３は、上下方向に延びる断面略円形の脚鉄心である。具体的に共通脚鉄心４３は、前記脚鉄心４１、４２と同様に、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した断面略円形のインボリュート鉄心により構成されている。また、この共通脚鉄心４３の横断面積Ｓ３は、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２の横断面積Ｓ１、Ｓ２の√２倍である。具体的には、図１に示すように、共通脚鉄心４３の直径は、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２の直径をｄとすると、√２^０．５ｄである。

継鉄心４４は、変形巻鉄心により構成されており、図１及び図３に示すように、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の上面を互いに連結する上継鉄心４４ａと、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の下面を互いに連結する下継鉄心４４ｂとにより構成されている。この上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂは、平面視において共通脚鉄心４３を屈折点として折れ曲がっている。より詳細には、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂは、共通脚鉄心４３を中心にくの字に折れ曲がっている。つまり、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂは、共通脚鉄心４３を中心に左右対称形状となっている。

本実施形態では、主座脚鉄心４１及び共通脚鉄心４３の中心間距離Ｌ１と、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の中心間距離Ｌ２とが互いに等しい。つまり、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２と、共通脚鉄心４３とが平面視においてそれぞれが二等辺三角形の頂点に位置するように配置されている。

また、本実施形態では、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂの折れ曲がり角度が１２０度となるように構成されている。具体的には、平面視において、主座脚鉄心４１の中心と共通脚鉄心４３の中心とを結ぶ線と、Ｔ座脚鉄心４２の中心と共通脚鉄心４３の中心とを結ぶ線とのなす角度が、約１２０度となるように構成されている。したがって、中心間距離Ｌ１及び中心間距離Ｌ２をそれぞれＤ／２とすると、主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２の中心間距離は、Ｄｃｏｓ３０°となる。ここで、継鉄心４４を折り曲げる前と折り曲げた後との距離の差は、折り曲げ前の主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２の中心間距離をＤとすると、近似値であるが、Ｄ−Ｄｃｏｓθ＝Ｄ（１−ｃｏｓ３０°）となる。そうすると、図７に示す従来の方形鉄心に対して短くなる距離は、近似値として、Ｄ（１−ｃｏｓ３０°）−ｄ｛（√２）^０．５−（π√２）／４｝となる。

このように構成したスコット結線変圧器１００によれば、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２と、共通脚鉄心４３とが平面視においてそれぞれが三角形の頂点に位置するように配置されるとともに、継鉄心４４が、平面視において共通脚鉄心４３を中心にくの字に折れ曲がっているので、主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２の間の距離を小さくして、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくし、省スペース化を図ることができる。

また、本実施形態のスコット結線変圧器１００は、主座脚鉄心４１及び共通脚鉄心４３の中心間距離Ｌ１と、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の中心間距離Ｌ２とが互いに等しいとともに、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂが、共通脚鉄心４３を中心に左右対称形状となっているので、主座脚鉄心４１及び共通脚鉄心４３の間の磁路長さと、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の間の磁路長さとが等しくなるので、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２の磁気特性が互いに同等となり、効率良く三相交流電源から２つの単相回路に変換することができる。

さらに、本実施形態のスコット結線変圧器１００は、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂが、共通脚鉄心４３を中心に折れ曲がっているので、図４に示すように、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂの加工工程を簡略化することができる。具体的には、Ｖ字状の溝が形成された成型金型と、先端にＶ形の突起を有する成型金型とを用いることで、巻鉄心を扁平状に押し潰すとともに共通脚鉄心４３の横断面積に合わせて所定の大きさに膨らませる工程と、その扁平状に押し潰された巻鉄心を折り曲げる工程とを１つの工程にすることができる。これにより、継鉄心４４の加工構成を大幅に簡略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、図５に示すように、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２と、共通脚鉄心４３とが平面視においてそれぞれが直角三角形の頂点に位置するように配置されており、共通脚鉄心４３が、直角三角形の頂点のうち直角である頂点に配置されるものであっても良い。具体的には、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂの折れ曲がり角度が９０度であり、主座脚鉄心２１の中心と共通脚鉄心２３の中心とを結ぶ線と、Ｔ座脚鉄心２２の中心と共通脚鉄心２３の中心とを結ぶ線とのなす角度が略直角になるように構成されている。したがって、中心間距離Ｌ１及び中心間距離Ｌ２をそれぞれＤ／２とすると、主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２の中心間距離は、Ｄ／√２となる。これならば、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２の距離をより小さくでき、鉄心全体の幅方向の寸法を小さくすることができる。ここで、継鉄心４４を折り曲げる前と折り曲げた後との距離の差は、折り曲げ前の主座脚鉄心４１及びＴ座脚鉄心４２の中心間距離をＤとすると、近似値であるが、Ｄ−Ｄ／√２＝Ｄ（１−１／√２）となる。そうすると、図７に示す従来の方形鉄心に対して短くなる距離は、近似値として、Ｄ（１−１／√２）−ｄ｛（√２）^０．５−（π√２）／４｝となる。

また、図６に示すように、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂが、共通脚鉄心４３を屈曲点として折れ曲がっていないものとすることも考えられる。この場合、巻鉄心を扁平状に押し潰すとともに共通脚鉄心４３の横断面積に合わせて所定の大きさに膨らませる工程と、その扁平状に押し潰された巻鉄心を折り曲げる工程との２工程に分けて行う必要がある。このように膨らませる工程と折り曲げる工程を分けて行うと、各部に皺が入ってしまう等の問題が生じてしまうため、何工程にも亘る工夫された工程が必要となってしまう。したがって、上継鉄心４４ａ及び下継鉄心４４ｂは、共通脚鉄心４３を屈曲点として折り曲げる構成の方が好ましい。

さらに、主座脚鉄心４１、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３は、断面略円形のものに限られず、楕円形や、多角形等であっても良い。

加えて、前記実施形態では、主座脚鉄心４１及び共通脚鉄心４３の中心間距離Ｌ１と、Ｔ座脚鉄心４２及び共通脚鉄心４３の中心間距離Ｌ２とが等しい構成であったが、前記中心間距離Ｌ１と中心間距離Ｌ２とが異なる構成であっても良い。

さらに加えて、主座変圧器２及びＴ座変圧器３は、単巻変圧器に限られず、複巻変圧器であっても良い。

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・・・スコット結線変圧器
２・・・主座変圧器
３・・・Ｔ座変圧器
４１・・・主座脚鉄心
４２・・・Ｔ座脚鉄心
４３・・・共通脚鉄心
４４・・・継鉄心
４４ａ・・・上継鉄心
４４ｂ・・・下継鉄心

Claims

スコット結線変圧器に用いられる鉄心であって、
スコット結線されたコイルが巻回される２つの主脚鉄心と、
前記２つの主脚鉄心に生じる磁束の共通の通路になる共通脚鉄心と、
前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心の上下それぞれを連結する継鉄心とを備え、
前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視において三角形の頂点に位置するように配置され、
前記継鉄心が、平面視において前記共通脚鉄心を屈折点として折れ曲がっているスコット結線変圧器用鉄心。
前記２つの主脚鉄心の一方及び前記共通脚鉄心の距離と、前記２つの主脚鉄心の他方及び前記共通脚鉄心の距離とが、互いに等しい請求項１記載のスコット結線変圧器用鉄心。
前記２つの主脚鉄心及び前記共通脚鉄心が、平面視において直角三角形の頂点に位置するように配置され、
前記共通脚鉄心が、前記直角三角形の頂点のうち直角である頂点に位置するように配置される請求項１又は２記載のスコット結線変圧器用鉄心。
前記２つの主脚鉄心の少なくとも一方が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状のインボリュート鉄心である請求項１乃至３の何れか一項に記載のスコット結線変圧器用鉄心。
前記継鉄心が、変形巻鉄心により構成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載のスコット結線変圧器用鉄心。
請求項１乃至５の何れかに記載のスコット結線変圧器用鉄心を用いたスコット結線変圧器。
前記２つの主脚鉄心の少なくとも一方に巻回される１次コイル及び２次コイルが単一のコイルから構成された単巻変圧器である請求項６記載のスコット結線変圧器。