JP2016208008A

JP2016208008A - 変圧器鉄心

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Publication number: JP2016208008A
Application number: JP2016018979A
Authority: JP
Inventors: ソンウクリ; Sung Wook Lee
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: KR102045894B1; CN106067367B; JP6185616B2; KR20160126344A; US20160314884A1; US9805852B2; CN106067367A; ES2676945T3; EP3086336A1; EP3086336B1

Abstract

【課題】特定の地点にガイドスロットが形成された鋼板を積層することにより鉄心を迅速に製造することができ、かつ前記ガイドスロットを積層ガイドで埋めることにより鉄心の占積率を向上させると共に前記ガイドスロットにより発生し得る振動騒音を低減することができる変圧器鉄心を提供する。【解決手段】複数の鋼板２１１、２２１、２３１、２４１が積層された変圧器鉄心２００は、複数の鋼板２１１、２２１、２３１、２４１の各表面に形成された少なくとも１つのガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａと、変圧器鉄心２００の厚さ方向にガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａに挿入されて複数の鋼板２１１、２２１、２３１、２４１を結合する積層ガイド２５０、２６０、２７０、２８０とを含んでもよい。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、電力系統に用いられる配電／送電用変圧器の主要構成要素である変圧器鉄心に関し、特に、鉄心を構成する鋼板の積層が容易かつ迅速にできるようにガイドスロットを備えた変圧器鉄心に関する。

変圧器とは、鉄心と２つ又は３つ以上の巻線とを有し、１つ又は２つ以上の回路から交流電力を受け、電磁誘導作用により電圧及び電流を変成して、他の１つ又は２つ以上の回路に同一周波数の交流電力を供給するものをいう。

変圧器に用いられる変圧器鉄心は、磁気回路を形成するためのものであり、ケイ素含有量３〜４％、厚さ０．２３〜０．３５ｍｍのケイ素鋼板を積層してなる。

大容量変圧器を構成する鉄心は一般的に厚さが１，０００ｍｍ以上であり、厚さ０．２３〜０．３５ｍｍのケイ素鋼板を数千枚積層しなければならないので、積層作業の効率を向上させるために各ケイ素鋼板に積層孔を形成して用いてきた。

図４は従来の変圧器鉄心の一例を示す分解斜視図である。図４を参照すると、変圧器鉄心１００は、特定の厚さを有する４つの鋼板層１１０、１２０、１３０、１４０が互いに結合されて構成される。

鋼板層１１０、１２０、１３０、１４０のそれぞれは、複数の薄い鋼板が多重に積層されて形成され、変圧器鉄心１００の側壁を構成する。図４には具体的に示していないが、鋼板層１１０、１２０、１３０、１４０は、互いに重ね合わせられて結合される重ね継手（ラップジョイント）構造を有する。

また、鋼板層１１０、１２０、１３０、１４０を構成する複数の鋼板は、それぞれ同じ位置に同じ大きさの積層孔を有する。

例えば、第１鋼板層１１０を構成する複数の鋼板、第１鋼板層１１０上に積層される第１鋼板１５０及び第３鋼板１７０は、それぞれ同じ位置に１つの積層孔を有する。

前記積層孔を適用することにより、第１鋼板層１１０が均一な形状の変圧器鉄心１００の側壁を構成するようにすることができ、第１鋼板層１１０上に積層される鋼板１５０、１７０を正確な地点に積層することができ、積層後も第１鋼板層１１０の形態が安定して維持されるようにすることができる。

同様の効果を有するように、第２鋼板層１２０を構成する複数の鋼板、第２鋼板層１２０上に積層される第２鋼板１６０及び第４鋼板１８０は、それぞれ同じ位置に複数の積層孔を有する。

一般に、変圧器鉄心１００を構成する鋼板に形成される積層孔は約２０ｍｍの直径を有するが、積層及び結合用貫通ボルトを用いる場合は約３０ｍｍの直径を有するように円形に形成する。

各鋼板層１１０、１２０、１３０、１４０に示す複数の破線矢印は、当該鋼板層１１０、１２０、１３０、１４０に巻回された巻線（図示せず）に電流を供給した場合に生成される磁力線の流れを示す。

磁力線（磁束）は、前記積層孔のない表面では均一な密度で分布するが、前記積層孔の周囲では相対的に密集して分布する。

このように鋼板の積層作業を円滑にするために用いられる積層孔が引き起こす不均一な磁束分布は、変圧器の性能を低下させ、積層孔の占める面積だけ鋼板の有効面積を減少させて変圧器鉄心の占積率を低下させる。

また、鋼板に積層孔を形成する工程で発生するバリにより、積層作業時に各鋼板間に隙間が生じ、変圧器鉄心の占積率の低下を招く。

一方、積層孔が形成された鋼板を積層して変圧器鉄心を製造した場合、前記変圧器鉄心に巻線を巻回して交流電流を供給すると、前記変圧器鉄心が振動して振動騒音を発生するが、前記鋼板間の隙間（ギャップ）により振動騒音がさらに大きくなる。

このような問題を解決するために、変圧器鉄心を構成する鋼板に積層孔を形成するのではなく、特定の形状を有する積層ガイド枠（外枠）を用いる方法が提案されている。

すなわち、変圧器鉄心の外形に対応する形状を有する積層ガイド枠を設け、薄い鋼板を前記積層ガイド枠の外形に合わせて積層することにより変圧器鉄心を製造する。

しかし、通常の変圧器鉄心は鉄心本体の中間部分が外側に突出した外形を有するので、それに対応する形状を有する積層ガイド枠を製造しなければならないという煩雑さがあった。

また、積層ガイド枠を設け、複数の鋼板を一々前記積層ガイド枠の外形に合わせて積層しなければならないので、変圧器鉄心の製造時間が長くなるという問題があった。

本発明の目的は、特定の地点にガイドスロットが形成された鋼板を積層することにより鉄心を迅速に製造することができ、かつ前記ガイドスロットを積層ガイドで埋めることにより鉄心の占積率を向上させると共に前記ガイドスロットにより発生し得る振動騒音を低減することができる変圧器鉄心を提供することにある。

本発明の一実施形態による複数の鋼板が積層された変圧器鉄心は、前記複数の鋼板の各表面に形成された少なくとも１つのガイドスロットと、前記変圧器鉄心の厚さ方向に前記ガイドスロットに挿入されて前記複数の鋼板を結合する積層ガイドとを含んでもよい。

ここで、前記少なくとも１つのガイドスロットは、前記ガイドスロットが形成される前の前記鋼板の単位面積当たりの磁束密度が前記ガイドスロットが形成された後も一定に維持される地点に配置されてもよい。

また、前記少なくとも１つのガイドスロットは、前記変圧器鉄心の外周側面に配置されてもよい。

さらに、前記ガイドスロットは、曲面状又は多角形状に形成されてもよい。

さらに、前記ガイドスロットの数は、前記ガイドスロットが形成される鋼板の面積に比例して決定されてもよい。

さらに、前記ガイドスロットは、前記積層ガイドの横断面と同じ形状を有するようにしてもよい。

さらに、前記積層ガイドは、前記ガイドスロットから分離可能にしてもよい。

さらに、前記積層ガイドの長さは、前記複数の鋼板が形成する厚さに比例するようにしてもよい。

さらに、前記変圧器鉄心は、継鉄（ヨーク）及び脚鉄を含み、前記継鉄を構成する第１鋼板の端部と前記継鉄に連結される脚鉄を構成する第２鋼板の端部とが交互に重ね合わせられる構造を有するようにしてもよい。

本発明による変圧器鉄心によれば、従来の積層孔を適用した変圧器鉄心と同様に、変圧器鉄心を迅速に製造することができる。

本発明による変圧器鉄心の鋼板及び積層ガイドによれば、従来の変圧器鉄心の積層孔による温度上昇を防止することができる。

本発明による変圧器鉄心によれば、ガイドスロットを積層ガイドで埋めることにより、鉄心の占積率を向上させると共に、従来の変圧器の動作時における積層孔による騒音を低減することができる。

本発明による変圧器鉄心によれば、変圧器鉄心を構成する鋼板の表面のうち当該鋼板に生じる磁力線から外れた部分にガイドスロットを配置することにより、従来の変圧器鉄心の積層孔による鋼板表面の磁束密度の変化を防止し、変圧器の性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態による変圧器鉄心を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態による変圧器鉄心の鋼板の連結部を示す斜視図である。本発明の一実施形態による変圧器鉄心におけるガイドスロット及び積層ガイドの例を示す平面図である。本発明の一実施形態による変圧器鉄心の鋼板の積層方法を示すフローチャートである。従来の変圧器鉄心の一例を示す分解斜視図である。

本明細書で使用される技術用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されるものであり、本発明の技術思想を限定するものではない。また、本明細書で使用される技術用語は、本明細書において特に断らない限り、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に一般的に理解される意味で解釈されるべきであり、非常に包括的な意味で解釈されたり、非常に狭い意味で解釈されたりしてはならない。さらに、本明細書で使用される技術用語が本発明の技術思想を正確に表現できない間違った技術用語である場合は、当業者が正しく理解できる技術用語で代替して理解すべきである。さらに、本発明で使用される一般的な用語は、辞書の定義に従って、又は前後の文脈によって解釈されなければならず、非常に狭い意味で解釈されてはならない。

そして、本明細書で使用される単数の表現は、特に断らない限り、複数の表現を含む。本出願において、「構成される」や「含む」などの用語は、本明細書に記載された様々な構成要素又は段階の全てを必ず含むものと解釈されてはならず、そのうち一部の構成要素又は段階を含まないこともあり、追加の構成要素又は段階をさらに含むこともあるものと解釈されるべきである。

さらに、本明細書で使用される第１、第２などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から外れない限り、第１構成要素は第２構成要素と命名してもよく、同様に、第２構成要素は第１構成要素と命名してもよい。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、図面番号に関係なく同一又は類似の構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

また、本発明を説明するにあたって、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。なお、添付図面は本発明の技術思想を容易に理解できるようにするためのものにすぎず、添付図面により本発明の技術思想が限定的に解釈されてはならない。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態による変圧器鉄心の構造及び製造方法について詳細に説明する。

図１Ａは本発明の一実施形態による変圧器鉄心を示す分解斜視図であり、図１Ｂは本発明の一実施形態による変圧器鉄心の鋼板の連結部を示す斜視図である。

図１Ａを参照すると、本発明の一実施形態による変圧器鉄心２００は、当該変圧器鉄心２００の厚さ方向に積層された４つの鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０が結合されて構成される。

鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０は、複数の薄い鋼板２１１、２２１、２３１、２４１が変圧器鉄心２００の厚さ方向に積層されて構成される。

鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０の外辺部の中央には、所定長さ（ｈ）の積層ガイド２５０、２６０、２７０、２８０が変圧器鉄心２００の厚さ方向又は地面に垂直な方向に立設されている。

ここで、所定長さ（ｈ）は、鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０の厚さに比例して決定される。

積層ガイド２５０、２６０、２７０、２８０により複数の薄い鋼板２１１、２２１、２３１、２４１を次々と迅速に積層することができ、変圧器鉄心２００は積層作業中も積層作業完了後も完全な外形を維持することになる。

鋼板２１１、２２１、２３１、２４１は、変圧器鉄心２００が所望の厚さになるまで次々と積層されて鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０を構成する。

鋼板２１１、２２１、２３１、２４１の外周側面には、少なくとも１つのガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａが配置され、変圧器鉄心２００を迅速に形成できると共に変圧器鉄心２００の外形を安定して維持できるようにする。

一例として、図１Ａを参照すると、ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａが鋼板２１１、２２１、２３１、２４１の外辺部の中央に配置されることにより、変圧器鉄心２００に巻線（図示せず）を巻回して電流を供給した場合にその電流により鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０に生じる磁力線の密度が均一になる。

しかし、これに限定されるものではなく、ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａは、それらが引き起こす鋼板２１１、２２１、２３１、２４１の単位面積当たりの磁束密度の変化が最小限に抑えられる位置であればどの位置に形成されてもよい。

本発明においては、変圧器鉄心２００が完成した状態ではガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａの全てが積層ガイド２５０、２６０、２７０、２８０で埋められているので、従来の変圧器鉄心の積層孔が引き起こしていた鋼板の単位面積当たりの磁束密度の変化を防止することができる。

ここで、積層ガイド２５０、２６０、２７０、２８０は、ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａから分離可能である。

ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａの形状及び数は、鉄心製造の容易性、変圧器騒音の低減、鉄心の占積率の向上、磁束密度変化の抑制などを考慮して決定することができる。

例えば、ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａの数は、当該ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａが形成される鋼板２１１、２２１、２３１、２４１の面積に比例して決定してもよい。

また、ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａの形状及び数は、変圧器鉄心２００の側壁を構成する鋼板２１１、２２１、２３１、２４１の幅や、変圧器鉄心２００の厚さなどに基づいて決定してもよい。

ガイドスロット２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ、２４１ａに挿入（又は結合、接合）される積層ガイド２５０、２６０、２７０、２８０は、ユーザによりその長さ（ｈ）が決定され、その長さを容易に実現できる材質で構成される。

なお、鋼板層２１０、２２０、２３０、２４０は、従来の変圧器鉄心の上部継鉄、下部継鉄、側脚又は主脚で実現することができる。

鋼板２１１、２２１、２３１、２４１は、図１Ｂに示すように、重ね継手２９０構造を有し、両端が互いに重ね合わせられて結合されるようにしてもよい。

例えば、変圧器鉄心２００の一部である継鉄に相当する第１側壁と脚鉄（側脚又は主脚）に相当する第２側壁との連結部において、前記第１側壁の高さを形成する第１鋼板の端部と前記第２側壁の高さを形成する第２鋼板の端部とが重ね合わせられて結合される構造である。

図２は本発明の一実施形態による変圧器鉄心におけるガイドスロット及び積層ガイドの例を示す平面図である。

本発明の一実施形態による変圧器鉄心２００は、変圧器鉄心２００を構成する鋼板３００に形成された楔状のガイドスロット３１０と、それに対応する楔状の積層ガイド３２０とを含んでもよい。

また、本発明の一実施形態による変圧器鉄心２００は、変圧器鉄心２００を構成する鋼板３３０に形成された四角形のガイドスロット３４０と、それに対応する四角形の積層ガイド３５０とを含んでもよい。

図示していないが、本発明の一実施形態による変圧器鉄心２００は、変圧器鉄心２００を構成する鋼板に形成された曲面状のガイドスロットと、それに対応する曲面状の積層ガイドとを含んでもよい。

しかし、本発明による変圧器鉄心において、鋼板のガイドスロット及び当該ガイドスロットに挿入される積層ガイドの形状は、前述した形状に限定されるものではない。

なお、前述したように、本発明による変圧器鉄心において、ガイドスロットの数は、当該ガイドスロットが配置される鋼板の面積に基づいて決定されてもよい。

また、本発明による変圧器鉄心において、積層ガイドの材質は、必要な長さを容易に実現できる材質で構成されてもよい。

図３は本発明の一実施形態による変圧器鉄心の鋼板の積層方法を示すフローチャートである。

まず、第１ステップは、変圧器鉄心の厚さを形成する第１鋼板に少なくとも１つのガイドスロットを形成するステップ（Ｓ１）である。

ここで、前記ガイドスロットの位置は、前記ガイドスロットが形成される前の前記第１鋼板の単位面積当たりの磁束密度が前記ガイドスロットが形成された後も一定に維持される地点のうち少なくとも１つの地点である。

前記第１ステップにおいて、前記ガイドスロットの形状及び数は、鉄心製造の容易性、変圧器騒音の低減、鉄心の占積率の向上、磁束密度変化の抑制などを考慮して決定することができる。

このように前記ガイドスロットの形状及び第１鋼板における位置が決定されると、前記第１鋼板上に積層する複数の鋼板に対して、前記第１鋼板と同じ位置にそれぞれ同じ形状のガイドスロットを形成する。

次に、第２ステップは、前記第１鋼板の厚さ方向に前記第１鋼板のガイドスロットに積層ガイドを挿入して結合するステップ（Ｓ２）である。

ここで、前記積層ガイドは、前記ガイドスロットと同じ形状に製造される。

前記第２ステップにおいて、前記第１鋼板のガイドスロットに前記積層ガイドを挿入することにより、前記第１鋼板のガイドスロットの空間が埋められる。

このような過程により、変圧器鉄心を迅速に製造することができ、前記鋼板のガイドスロットを前記積層ガイドで埋めるので孔などのない均一な表面を有する鋼板を実現することができる。

よって、前記ガイドスロットにより前記鋼板の単位面積当たりの磁束密度が不均一になることを防止することができる。

ここで、前記積層ガイドの長さは、前記変圧器鉄心の積層数に合わせて容易に調整可能な材質で構成される。

次に、第３ステップは、前記挿入された積層ガイドを用いて前記第１鋼板上に前記ガイドスロットが形成された鋼板を積層するステップ（Ｓ３）である。

ここで、前記第３ステップは、前記変圧器鉄心が所望の厚さになるまで繰り返し行われる。

本発明の一実施形態においては、前記積層ガイドを地面に対して垂直に立てられるように前記第１鋼板のガイドスロットに挿入し、前記積層ガイドを用いて前記第１鋼板上に複数の鋼板を積層することにより、前記変圧器鉄心の外形を迅速に形成することができる。

前述したガイドスロットを備えた変圧器鉄心に関する実施形態は例示的なものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な特性を逸脱しない範囲で様々な修正や変形が可能であろう。つまり、前述した実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものにすぎず、前述した実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の権利範囲は添付の特許請求の範囲により定められるべきであり、同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

２００変圧器鉄心
３００、３３０鋼板
３１０、３４０ガイドスロット
３２０、３５０積層ガイド

Claims

複数の鋼板が積層された変圧器鉄心において、
前記複数の鋼板の各表面に形成された少なくとも１つのガイドスロットと、
前記変圧器鉄心の厚さ方向に前記ガイドスロットに挿入されて前記複数の鋼板を結合する積層ガイドとを含む、変圧器鉄心。
前記少なくとも１つのガイドスロットは、前記ガイドスロットが形成される前の前記鋼板の単位面積当たりの磁束密度が前記ガイドスロットが形成された後も一定に維持される地点に配置される、請求項１に記載の変圧器鉄心。
前記少なくとも１つのガイドスロットは、前記変圧器鉄心の外周側面に配置される、請求項２に記載の変圧器鉄心。
前記ガイドスロットは、曲面状又は多角形状に形成される、請求項１に記載の変圧器鉄心。
前記ガイドスロットの数は、前記ガイドスロットが形成される鋼板の面積に比例して決定される、請求項１に記載の変圧器鉄心。
前記ガイドスロットは、前記積層ガイドの横断面と同じ形状を有する、請求項１に記載の変圧器鉄心。
前記積層ガイドは、前記ガイドスロットから分離可能である、請求項１に記載の変圧器鉄心。
前記積層ガイドの長さは、前記複数の鋼板が形成する厚さに比例する、請求項１に記載の変圧器鉄心。
前記変圧器鉄心は、継鉄（ヨーク）及び脚鉄を含み、
前記継鉄を構成する第１鋼板の端部と前記継鉄に連結される脚鉄を構成する第２鋼板の端部とが重ね合わせられる構造を有する、請求項１に記載の変圧器鉄心。