JP2016046381A

JP2016046381A - アモルファス鉄心の製造方法

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Publication number: JP2016046381A
Application number: JP2014169532A
Authority: JP
Inventors: 辰則佐藤; Tatsunori Sato; 遠藤　博之; Hiroyuki Endo; 博之遠藤; 周二多田; Shuji Tada
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: CN105374542B; CN105374542A; JP6284850B2

Abstract

【課題】正確な鉄心積層値を確保し、作業性が高く、作業工数を低減するアモルファス鉄心の製造方法を提供する。
【解決手段】アモルファス磁性合金の薄帯を積層したアモルファス鉄心の製造方法であって、内芯金３の外周側に、端部が開放された、アモルファス磁性合金の薄帯を複数枚配置して、逆Ｕ字状の鉄心１を作成するステップと、逆Ｕ字状の鉄心を作業台１５上に配置し、鉄心に第１の枠体を嵌め込み、鉄心の開放された端部以外の、両側部および底部を第１の枠体によって覆うステップと、開放された鉄心の端部を折りたたんで順次鉄心を閉じるステップと、第１の枠体に第２の枠体を嵌め込んで、鉄心の端部を第２の枠体によって覆うステップと、鉄心を焼鈍するステップと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、変圧器などに用いるアモルファス鉄心の製造方法に関する。

低損失の鉄心材料としてアモルファス合金が用いられており、アモルファス合金の薄帯を積層したアモルファス鉄心を用いた変圧器が製品化されている。

従来のアモルファス鉄心成形作業は、図１０に示すように鉄心１内周側に配置する内芯金３と、鉄心１外周部４面に配置する４枚の側板２，８を(1)〜(4)の順にボルト４でボルト締めする方法である。なお、アモルファス鉄心１は、例えば、アモルファス合金の薄帯を複数枚積層して単位積層体を作成し、この単位積層体を複数内芯金３に巻き付けて作成される。この場合、側板やボルト等の部品点数が多く、成形作業に時間がかかる。加えて、締付箇所が多くなるため一定の鉄心積厚値を確保するのは困難である。また、アモルファス鉄心は応力に敏感な性質があり過度な応力が加わると鉄心特性に悪影響を及ぼすため、鉄心成形時の締付力の管理方法が重要となっている。

アモルファス鉄心の別の製造方法として、特許文献１には、「矩形のマンドレルＭの両側にテーブルＴを配置して積層台Ｔｓを構成する。積層台Ｔｓの上に鉄心の製作に必要な全ての薄帯を積み上げた後、テーブルによる支えを外し、薄帯を自重により垂れ下がらせて逆Ｕ字状の鉄心Ｉ’を形成する。次にこの鉄心にコの字状のフレームを取付けて鉄心Ｉ’の外側部を固定し、フレームと鉄心とを反転させた後、鉄心の開かれた辺を閉じる。」と記載されている（要約参照）。

特開平４−２２３３１３号公報

従来の鉄心成形方法は、側板による鉄心への締付が過度にならないように鉄心積厚値を確認しながら作業している。この場合、作業者による締付具合の差が発生し、常に安定した鉄心積厚値を確保することが困難である。締付不足の場合、鉄心組立作業時にラップ部が届かない可能性が、締付過ぎた場合には焼鈍時に鉄心が焼付き、特性に悪影響を及ぼす可能性がある。鉄心の特性でいえば、積厚占積率が１％変化すると鉄損が数％増加、皮相電力が１０％以上増加する。積厚管理用治具を使用し鉄心を成形する方法もあるが、治具点数と作業工数が増加する。

三相三脚鉄心では、図１１に示すように、内鉄心１２の外側に外鉄心１３が配置されるが、前述の通り安定した鉄心積厚値を確保することは困難なため、内鉄心１２のサイズが設計値よりも膨らんだ場合に外鉄心１３の鉄心長は内鉄心１２の膨らみに対応できるよう、余裕代を設けた長さとしており、鉄心材料費が増加している。

また、特許文献１には、鉄心にコの字状のフレームを取り付けて外側部を固定することが開示されているが、鉄心へフレームを取り付けるには鉄心をクレーン等で吊り上げた状態にする必要があり、また、鉄心のラップ作業を行うために鉄心を上下反転させる必要があり、作業性が低く、作業工数がかかる。

本発明は、正確な鉄心積層値を確保することができ、作業性が高く、作業工数を低減できるアモルファス鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明のアモルファス鉄心の製造方法の一例を挙げるならば、アモルファス磁性合金の薄帯を積層したアモルファス鉄心の製造方法であって、内芯金の外周側に、端部が開放された、アモルファス磁性合金の薄帯を複数枚配置して、逆Ｕ字状の鉄心を作成するステップと、前記逆Ｕ字状の鉄心を作業台上に配置し、前記鉄心に第１の枠体を嵌め込み、前記鉄心の開放された端部以外の、両側部および底部を第１の枠体によって覆うステップと、前記開放された鉄心の端部を折りたたんで順次鉄心を閉じるステップと、前記第１の枠体に第２の枠体を嵌め込んで、前記鉄心の端部を第２の枠体によって覆うステップと、前記鉄心を焼鈍するステップと、を備えるものである。

本発明によれば、作業者による鉄心積厚値のバラツキを防止することができ、鉄心コア部、ヨーク部とも常に正確な鉄心積厚値を確保することが可能であり、安定した鉄心特性値が得られる。また、鉄心成形に必要な治具点数および作業工数を低減することができる。

鉄心を切断機から取り出した状態の正面図である。本発明の実施例１の鉄心にコ字形状側板を取り付けた状態の正面図である。鉄心の端部を折りたたんで順次鉄心を閉じていく状態を示す正面図である。本発明の実施例１のコ字形状クランプ治具を取り付けた状態の正面図である。コ字形状クランプ治具と内芯金をボルトで連結した状態を示す正面図である。コ字形状側板とコ字形状クランプ治具をバンドで締め付けた側面図である。本発明の実施例２の鉄心にＵ字形状側板を取り付けた状態の正面図である。本発明の実施例３の鉄心に側板可変治具を取り付けた状態の正面図である。本発明の実施例３の側板可変治具の側板と底板の側面図である。従来技術の鉄心成形方法の一例を示す図である。三相三脚鉄心の構造図である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

本発明の実施例１のアモルファス鉄心の製造方法について、図１乃至図６を用いて説明する。
図１は、鉄心を切断機から取り出した状態の図である。鉄心１は、例えばアモルファス合金の薄帯を複数枚積層して単位積層体を構成し、この単位積層体を内芯金３の周りに複数配置して構成されている。鉄心１は逆Ｕ字状になっており、一辺が開かれた状態となっている。その鉄心の内周側には内芯金３が取り付けられ、内芯金３と当板２はボルト４によって連結している。この連結を緩みが無いように行うことで鉄心の開きを防止し、締付部の鉄心積厚値を正確な値とすることができる。なお、図１中の矢印はボルトの締付による力の向きを示している。

図２は、作業台上において鉄心にコ字形状の側板を取り付けた状態の正面図である。図において、５はコ字形状側板であり、材質は強度や焼鈍を行う観点から鉄などの金属を用いる。矢印は、鉄心１がコ字形状側板５に押えられる力と、開口方向に押し出される力を示す。

作業は、先ず、作業台１５上に、図１に示される鉄心を載置する。そして、鉄心１にコ字形状側板５を、大きい矢印で示す方向に嵌め込む。

コ字形状側板５は、Ｙ方向より手で押し込むだけで、容易に鉄心１に取り付けることが可能である。このコ字形状側板５と内芯金３により鉄心形状を正確に固定することができる。更に、このコ字形状側板５の寸法を任意の値とすることで、鉄心積厚値を容易に指定の値にすることが可能となる。特許文献１において鉄心へフレームを取り付けるには、鉄心をクレーン等で吊上げた状態にする必要があるが、本発明では作業台などの上に置いた状態の鉄心にコ字形状側板５を手で押し込むだけで取り付け可能である。そのため、汎用性が高く、作業性がよい。また、コ字形状側板５自体の質量もフレームに比べて軽量であるため、取り付け作業が容易となる。これは鉄心のサイズが大きくなる程効果が大きい。

コ字形状側板５を鉄心１へ完全に取り付ける前に、当板２とボルト４を取り外す。そして、コ字形状側板５を完全に鉄心１へ取り付けた後、鉄心のラップ作業を行う。特許文献１ではフレームを取り付けた後ラップ作業を行うため、鉄心を上下反転させる必要があり、作業工数がかかるが、本発明の場合、鉄心を作業台等に置くなどして作業を行えば、上下反転する必要が無いため、作業性も高く、作業工数を低減できる。

図３は、コ字形状側板５を取り付けた後、鉄心の端部を折りたたんで順次鉄心を閉じていく状態を示す正面図である。矢印で示すように、鉄心１を構成するアモルファス合金の薄帯の端部を順次折りたたんで、内側から外側に向かって順次鉄心を閉じていく。この作業も、作業台上で行うことができる。

図４は、鉄心にコ字形状のクランプ治具を取り付けた状態の正面図である。鉄心の端部を折りたたみ、鉄心を閉じた状態において、コ字形状側板５の開口側にコ字形状クランプ治具６を嵌め込む。次に、図５に示すように、コ字形状側板５と内芯金３とをボルト４で連結し、またコ字形状クランプ治具６と内芯金３をボルト４で連結し、コ字形状側板５の開口部が外側(矢印の方向)に開くことを防止する。そして、図６に示すように、コ字形状側板５とコ字形状クランプ治具６をスチールバンド７で外側から締め付け、この二つを連結させることで鉄心のヨーク部及びコア部の積厚を指定の値にできる。特許文献１ではヨーク部の積厚を指定の値とすることができず、鉄心サイズが膨らむ可能性がある。そのため鉄心組立作業時にラップ部が届かないという恐れがある。この点からも、鉄心のヨーク部及びコア部の積厚を指定の値にできることは重要である。

図１〜図６中の(1)〜(6)は鉄心の締付順であり、ラップ部から遠い所から締付けることでラップ形状を良好にする。それにより、余長が不要となるため材料費を低減できる。

コ字形状側板５とコ字形状クランプ治具６とで一体化された鉄心１は、その後、焼鈍炉に入れられて磁場焼鈍(アニール)される。磁場焼鈍後には、内芯金３およびコ字状側板５が取り外され、鉄心の接合部を開いて巻線を鉄心脚部に挿入し、再び鉄心を閉じてアモルファス鉄心を有する変圧器を製造する。

本実施例によれば、アモルファス合金の薄帯を積層した鉄心に、コ字形状の側板を嵌め込み、コ字形状側板の開口部にコ字形状クランプ治具を嵌め込むことにより、作業者による鉄心積厚値のバラツキを防止することができ、常に正確な鉄心積厚値を確保することが可能であり、安定した鉄心特性値を得ることができる。特に、図１１に示される三相三脚鉄心では、内鉄心の形状を安定して成形することで、内鉄心の外側に配置する外鉄心の形状が安定し鉄心長の余裕代を小さくすることが可能となり、鉄心材料を削減できる。

また、作業台などの上に鉄心を置いた状態で、コ字状側板の取り付けなどを行うことにより、作業性が良く、作業工数を減らすことができる。

本発明の実施例２について、図７を用いて説明する。実施例２は、実施例１のコ字形状側版の形状を変形したものである。図７は、鉄心１にＵ字形状の鉄心成形用の側板９を取り付けた正面図であり、大きい矢印は側版９を嵌め込む方向を、小さい矢印は力の加わる向きを示す。Ｕ字形状側板９の曲線部は鉄心のＲ部に沿うような形状とする。

本実施例によれば、Ｕ字形状側板９を用いることにより、鉄心のＲ部と側板の曲線部が沿うため、鉄心Ｒ部の変形を防止することが可能である。これにより鉄心の特性を安定化させることができる。仮に、側板がＵ字形状でなく、矩形の場合には、鉄心のＲ部と治具との間にスペースが生じ、その部分に鉄心が垂れるポテンシャルが発生する。

なお、Ｕ字形状側板の取り付け作業では、このＵ字形状側板９を完全に取り付ける前に、当板２とボルト４を取り外す。そして、完全にＵ字形状側板９を取り付けた後の工程は、実施例１のコ字形状側板を鉄心に取り付けた後の工程と同様である。

本発明の実施例３について、図８、図９を用いて説明する。実施例３は、実施例１のコ字形状側版において、側版の間隔を可変できるようにしたものである。図８は鉄心に側板可変治具を取り付けた状態の正面図であり、図９は側板可変治具の側板と底板の側面図である。また、大きい矢印は側板可変治具１０を嵌め込む方向を、小さい矢印は力の加わる向きを示す。

側板可変治具１０は、２枚の側板１０ａと底板１０ｂから形成される。側板可変治具の側板１０ａの突起部１０ａａを側板可変治具の底板１０ｂに設けた切欠き１０ｂｂに挿入し、側板１０ａを治具連結個所１０ｂａで、底板連結用ボルト１１を用いて連結する。鉄心１の寸法に応じて側板可変治具の底板１０ｂに、複数カ所用意した連結箇所１０ｂａを使い分けることで、複数個のコ字形状側板の役割を一つの治具に集約することが可能となる。そのため、治具点数の低減によるコスト削減、治具保管スペースの削減が可能となる。図示はしていないが、コ字形状クランプ６の構造も、側板可変治具１０と同様の構造にすることができる。この側板可変治具１０を完全に取り付ける前に当板２とボルト４を取り外す。そして、完全に側板可変治具１０を取り付けた後の工程は、実施例１のコ字形状側板を鉄心に取り付けた後の工程と同様である。

なお、図では、突起部１０ａａを挿入する切り欠き１０ｂｂを複数個所用意し、選択した切り欠きに側版の突起部を挿入するようにしたが、側版１０ａをネジで移動可能とし、２つの側版１０ａの間隔を連続的に調整できるようにしても良い。

本実施例よれば、コ字形状側版の側版の間隔を可変できるようにすることにより、寸法の異なる複数の鉄心に取り付けることができる。

１鉄心
２当板
３内芯金
４ボルト
５コ字形状側板
６コ字形状クランプ治具
７スチールバンド
８従来技術の側板
９Ｕ字形状側板
１０側板可変治具
１０ａ側板可変治具の側板
１０ａａ治具連結用突起部
１０ｂ側板可変治具の底板
１０ｂａ治具連結箇所
１０ｂｂ底板切欠き部
１１側板、底板連結用ボルト
１２内鉄心
１３外鉄心
１５作業台

Claims

アモルファス磁性合金の薄帯を積層したアモルファス鉄心の製造方法であって、
内芯金の外周側に、端部が開放された、アモルファス磁性合金の薄帯を複数枚配置して、逆Ｕ字状の鉄心を作成するステップと、
前記逆Ｕ字状の鉄心を作業台上に配置し、前記鉄心に第１の枠体を嵌め込み、前記鉄心の開放された端部以外の、両側部および底部を第１の枠体によって覆うステップと、
前記開放された鉄心の端部を折りたたんで順次鉄心を閉じるステップと、
前記第１の枠体に第２の枠体を嵌め込んで、前記鉄心の端部を第２の枠体によって覆うステップと、
前記鉄心を焼鈍するステップと、
を備えるアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記第１の枠体が、コ字形状の側版であることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記第２の枠体が、コ字形状のクランプ治具であることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記逆Ｕ字状の鉄心を作成するステップに続いて、
前記内芯金と前記鉄心の外周側に配置した板状部材とで前記鉄心を挟み、前記内芯金と前記板状部材とをボルトで連結するステップを備えることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項４に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記鉄心の両側部および底部を前記第１の枠体によって覆うステップに続いて、
前記鉄心の外周側に配置した前記板状部材と前記ボルトとを外すステップを備えることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記鉄心の端部を第２の枠体によって覆うステップに続いて、
前記第１の枠体と内芯金とをボルトで連結し、また前記第２の枠体と内芯金をボルトで連結するステップを備えることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記鉄心の端部を第２の枠体によって覆うステップに続いて、
前記第１の枠体と前記第２の枠体とをバンドで外側から締め付けるステップを備えることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記第１の枠体および前記第２の枠体の少なくとも何れかが、Ｕ字形状の側板であることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項１に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記第１の枠体は、両側板の間隔が複数の寸法に調整可能であることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項９に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記第１の枠体は、底板と２枚の側版を備え、前記２枚の側版は、間隔の異なる底板の位置に取り付け可能であることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。
請求項９に記載のアモルファス鉄心の製造方法において、
前記第１の枠体は、底板と２枚の側版を備え、前記２枚の側版は、ネジにより間隔が連続的に調整可能であることを特徴とするアモルファス鉄心の製造方法。