JP2018113404A - トランス - Google Patents

Abstract

【課題】 高効率で残留磁束密度が小さく、かつ低騒音なトランスを提供する。
【解決手段】 方向性電磁鋼板からなる短冊状シートをＥ型に組み合わせて板厚方向に積層すると共に、複数箇所で締結ボルト１５Ａ及び１５Ｂにより積層方向に締結してＥ型積層コア１０Ａを構成する。方向性電磁鋼板からなる短冊状シートを板厚方向に積層すると共に、複数箇所で締結ボルト１５Ｂ及び１６Ｂにより積層方向に締結してＩ型積層コア１０Ｂを構成する。Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０ＢとをＥＩ型に組み合わせて突き合わせ面間にギャップを挿入する。Ｅ型積層コア１０Ａのヨーク部を挟持する第１の締結金具１７Ａと、Ｉ型積層コア１０Ｂを挟持する第２の締結金具１７Ｂとを複数箇所で締結ボルト１６Ｃにより両コアの突き合わせ方向に締結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、方向性電磁鋼板を用いた高効率で、且つ残留磁束密度が小さいトランスに関し、特に容量が２００ｋＶＡ以上の大容量向けとして適したトランスに関する。

方向性電磁鋼板を用いた高効率で、且つ残留磁束密度が小さいトランスとして、カットコア型巻き鉄心を用いたものがある（特許文献１）。カットコア型巻き鉄心とは、帯状の方向性電磁鋼板を巻回して作製した巻き鉄心を一旦２つのＣ型コアに分割（カット）して再度組み合わせたものであり、２つのＣ型コアの突き合わせ部にギャップが挿入されることにより、残留磁束密度を低減させることができる。また、励磁電流（渦電流）の方向が帯状シートの巻回方向（長さ方向）に一致するため、本質的に鉄損が少なく、高効率である。

一方、カットコア型巻き鉄心の欠点としては、製作コストが嵩むことに加え、Ｃ型コアの突き合わせ部で金属シートが板厚方向にバラける傾向があり、鉄心が大型化するにしたがってこの傾向が顕著となることから、容量が２００ｋＶＡ以上の大容量トランスには不向きなことがある。Ｃ型コアの突き合わせ部で金属シートが板厚方向にバラけるのは、巻き鉄心では金属シートを板厚方向に締め付けることができないからである。そして、この突き合わせ部での金属シートのバラケのために、Ｃ型コアを突き合わせ方向に締め付けることもできない。それらの結果、騒音（うなり）が大きくなり、また励磁電流が増えることにより性能のバラツキが大きくなり、結果として大容量化が困難となるのである。

ギャップの挿入による残留磁束密度の低減が可能な鉄心とし、Ｅ型の打ち抜きシートを積層して作製したＥ型コアと、短冊状シートを積層して作製したＩ型コアとを突き合わせて作製したＥＩ型の打ち抜き積層鉄心も知られているが（特許文献１）、Ｅ型シートにおいては３つの柱部とこれらを連結するヨーク部とが直角に交差し、方向性電磁鋼板の特性を生かせないために、本質的に鉄損が多く、低効率である。

特開平９−２７５０２１号公報

本発明の目的は、鉄心において方向性電磁鋼板の特性を生かすことで高効率が実現されると共に、その鉄心に突き合わせ部を形成してギャップを挿入することで残留磁束密度が小さく抑制され、しかも、その鉄心を大型化した場合にも突き合わせ部での金属シートのバラケが少ない低騒音で性能が安定したトランスを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のトランスは、方向性電磁鋼板からなる短冊状シートをＥ型に組み合わせて板厚方向に積層すると共に、複数箇所で締結ボルトにより積層方向に締結して構成されたＥ型積層コアと、方向性電磁鋼板からなる短冊状シートを板厚方向に積層すると共に、複数箇所で締結ボルトにより積層方向に締結して構成されたＩ型積層コアとがＥＩ型に組み合わされて突き合わせ面間にギャップが挿入されると共に、
Ｅ型積層コアのヨーク部を挟持する第１の締結金具とＩ型積層コアを挟持する第２の締結金具とを複数箇所で締結ボルトにより両コアの突き合わせ方向に締結して構成されたＥＩ型積層鉄心を具備している。

本発明のトランスにおいては、第１に、鉄心がＥ型コアとＩ型コアとを組み合わせたＥＩ型鉄心であるため、突き合わせ面間へのギャップの挿入が可能となり、これにより残留磁束密度が小さく抑制される。

第２に、Ｅ型コアもＩ型コアも、方向性電磁鋼板からなる短冊状シートを用いた積層コアであるため、方向性電磁鋼板の特性が生かされる。このため、鉄損が少なく、高効率である。

第３に、Ｅ型積層コアが複数箇所で締結ボルトによりシート積層方向に締結されると共に、Ｉ型積層コアが複数箇所で締結ボルトによりシート積層方向に締結されるので、両コアとも短冊状シートがバラケ難い。その上で、両コアがそれぞれの締結金具を介して複数箇所で締結ボルトにより突き合わせ方向に締結されているので、両コアが突き合わせ方向に加圧された場合にも突き合わせ部でのシートのバラケが抑制される。これらのために、突き合わせ方向において十分な締結圧力の確保が可能となり、その結果、騒音（うなり）が低減されると共に、励磁電流の増加に伴う性能のバラツキが抑制される。

本発明のトランスは、方向性電磁鋼板からなる短冊状シートを積層してなるＥ型コアとＩ型コアとを突き合わせて突き合わせ面間にギャップを挿入すると共に、シート積層方向及び突き合わせ方向に締結したＥＩ型積層鉄心が使用されるので、高効率であると同時に残留磁束密度が小さく、しかも、その鉄心にギャップが挿入されているにもかかわらず低騒音で性能が安定したものとなる。

本発明の実施形態に係るトランスの全体構造を示す斜視図である。 同トランスの側面図である。 同トランスの正面図である。 同トランスにおけるＥＩ型積層鉄心の分解斜視図である。 同ＥＩ型積層鉄心におけるＥ型積層コアの構造説明図で、短冊状シートの配列説明図である。 同短冊状シートの配列説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態のトランスは、容量が２００ｋＶＡ以上の大容量トランスである。このトランスは、図１〜図３に示されるように、ＥＩ型積層鉄心１０と、その鉄心の３つの柱部に組み合わされた３つのコイル２０とからなる。ＥＩ型積層鉄心１０は、図４に示されるように、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂとを突き合わせて、その突き合わせ方向に締結した構造である。

ＥＩ型積層鉄心１０におけるＥ型積層コア１０Ａは、図５及び図６に示されるように、方向性電磁鋼板からなる４種類の短冊状シート１１〜１４をＥ型に組合せつつシート厚方向に積層した構成である。

具体的に説明すると、横向きのヨーク用長シート１１と、その両側に配置された縦向きの柱用長シート１２，１２と、柱用長シート１２，１２の間に配置された縦向きの柱用短シート１３とにより一つの層が構成されると共に、縦向きの柱用長シート１２と、その両側に配置された横向きのヨーク用短シート１４，１４と、同じく縦向きの柱用長シート１２の両側に配置された縦向きの柱用短シート１３，１３とによりもう一つの層が形成され、これら二つの層がシート厚方向に積層されることにより、前記Ｅ型積層コア１０Ａは構成される。

そして、Ｅ型積層コア１０Ａの３つの柱部は、図４に詳示されるように、当該柱部を貫通する複数本（ここでは３本）の締結ボルト１５Ａにより、当該柱部を両側から挟む非磁性プレート１９，１９と共に積層方向に強く締結されている。

ここで、非磁性プレート１９，１９は、短冊状シート１１〜１４と同じ幅で且つ短冊状シート１１〜１４のなかで最も長い縦向きの柱用長シート１２よりも更に長い短冊状の非磁性鋼板（ここではステンレス鋼板）からなり、その一方の端部（下端部）は、３つの柱部を連結するヨーク部まで延出している。また、他方の端部（上端部）は、Ｉ型積層コア１０Ｂを両側から挟む位置まで延出している。

そして、Ｅ型積層コア１０Ａの３つの柱部を連結するヨーク部は、当該ヨーク部を貫通する複数本（ここでは３本）の締結ボルト１６Ａにより、前記非磁性プレート１９、１９の下端部、及び非磁性プレート１９、１９の外側から当該ヨーク部を挟む一対の締結金具１７Ａ，１７Ａと共に、積層方向に強く締結されている。

締結金具１７Ａ，１７Ａは、Ｅ型積層コア１０Ａのヨーク部を両側から挟む断面がＬ型のチャンネルである。その一方の平面部はＥ型積層コア１０Ａのヨーク部側面に当接しており、他方の平面部はフランジ部として外側へ張り出している。

Ｅ型積層コア１０Ａに組み合わされるＩ型積層コア１０Ｂは、方向性電磁鋼板からなる横向きの短冊状シート１８をシート厚方向に積層することにより構成されており、当該コアを貫通する複数本（ここでは２本）の締結ボルト１５Ｂにより積層方向に強く締結されている。そして、このＩ型積層コア１０Ｂは、前記Ｅ型積層コア１０Ａと組み合わされた状態で、当該Ｉ型積層コア１０Ｂを貫通する複数本（ここでは３本）の締結ボルト１６Ｂにより、前記非磁性プレート１９、１９の上端部、及び非磁性プレート１９、１９の外側から当該コアを挟む一対の締結金具１７Ｂ，１７Ｂと共に、積層方向に強く締結されている。

締結金具１７Ｂ，１７Ｂは、Ｅ型積層コア１０Ａに組み合わされたＩ型積層コア１０Ｂを両側から挟む断面が逆Ｌ型のチャンネルである。その一方の平面部はＩ型積層コア１０Ｂの側面に当接しており、他方の平面部は内側へ延出している。

そして、締結金具１７Ｂ，１７Ｂの上に直角に組み合わされる締結金具１７Ｃ，１７Ｃと、締結金具１７Ａ，１７Ａの外側へフランジ状に張り出した両側の平面部とを複数本（ここでは４本）の長尺の締結ボルト１６Ｃで引き寄せることにより、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂとは、突き合わせ方向に強く締結され一体化されている。

Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂとの突き合わせ面間には、当該突き合わせ面間にギャップを挿入するために絶縁シートが介在すると共に、突き合わせ面間の密着性を高めるために絶縁性のペーストが介在している。また、締結金具１７Ｂ，１７ＢとＩ型積層コア１０Ｂの上面との間には、保護板１７Ｄが介在している。締結金具１７Ａ，１７Ａ及び１７Ｂ，１７Ｂの両端部は両コアの前後に突出しており、締結金具１７Ｂ，１７Ｂの突出端部には、吊り金具１７Ｅが取付けられている。

ＥＩ型積層鉄心１０の３つの柱部に組み合わされる３つのコイル２０は周知の構成であり、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂを組み合わせるときに当該鉄心１０に組み込まれる。

本実施形態のトランスは以上のように構成されたことにより、次のような機能及び効果を奏する。

第１に、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂとを組み合わせたＥＩ型積層鉄心１０が使用されるために、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂとの突き合わせ部にギャップが挿入され、残留磁束密度が小さく抑制される。

第２に、Ｅ型積層コア１０Ａにおいても、Ｉ型積層コア１０Ｂにおいても、方向性電磁鋼板からなる短冊状シート１１〜１４及び１８が所定形状に組合されて積層されているため、短冊状シート１１〜１４及び１８の長さ方向と励磁電流（渦電流）の方向が一致し、方向性電磁鋼板の特性が生かされる。このため、本質的に鉄損が少なく、効率が高い。

第３に、Ｅ型積層コア１０Ａにおいては、これを構成する短冊状シート１１〜１４が、複数箇所で締結ボルト１５Ａ及び１６Ａによりシート積層方向に強く締結されている。Ｉ型積層コア１０Ｂにおいては、これを構成する短冊状シート１８が複数箇所で締結ボルト１５Ｂ及び１６Ｂによりシート積層方向に強く締結されている。このため、両コアとも短冊状シートがバラケ難い。

その上で、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂとが、それぞれの締結金具１７Ａ，１７Ａ及び１７Ｂ，１７Ｂを介して複数箇所で締結ボルト１６Ｃにより突き合わせ方向に締結されているので、両コアが突き合わせ方向に強く加圧され、しかも、その強い加圧にもかかわらず突き合わせ部での短冊状シートのバラケが抑制される。その結果、騒音（うなり）が低減されると共に、励磁電流の増加に伴う性能のバラツキが抑制される。

これらに加えて、本実施形態のトランスでは、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂの両コアに跨がって両コアを両側から挟み且つ両コアと共に締結された、Ｅ型積層コア１０Ａの３つの柱部に対応する片側３枚、合計６枚の非磁性プレート１９が装備されている。このため両コアの突き合わせ部での漏洩磁束が減少し、効率が更に向上する。

しかも、Ｅ型積層コア１０ＡとＩ型積層コア１０Ｂの突き合わせ面間は絶縁性のペーストが介在することにより密着性が高くなっている。このため、騒音レベルが更に低下する。

これらのために、本実施形態のトランスは大型化が容易であり、容量が１００ｋＶＡ以上の大容量トランス、更には２００ｋＶＡ以上の大容量トランスへの適用が可能となる。具体的には、２００ｋＶＡ以上で９７％以上の効率と、４５ホン以下の騒音レベルが達成される。

１０ ＥＩ型積層鉄心
１０Ａ Ｅ型積層コア
１０Ｂ Ｉ型積層コア
１１，１２，１３，１４，１５，１８ 短冊状シート
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 締結ボルト
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 締結金具
１７Ｄ 保護板
１７Ｅ 吊り金具
１９ 非磁性プレート

Claims (3)

1. 方向性電磁鋼板からなる短冊状シートをＥ型に組み合わせて板厚方向に積層すると共に、複数箇所で締結ボルトにより積層方向に締結して構成されたＥ型積層コアと、方向性電磁鋼板からなる短冊状シートを板厚方向に積層すると共に、複数箇所で締結ボルトにより積層方向に締結して構成されたＩ型積層コアとがＥＩ型に組み合わされて突き合わせ面間にギャップが挿入されると共に、
   Ｅ型積層コアのヨーク部を挟持する第１の締結金具とＩ型積層コアを挟持する第２の締結金具とを複数箇所で締結ボルトにより両コアの突き合わせ方向に締結して構成されたＥＩ型積層鉄心を具備するトランス。
2. 請求項１に記載のトランスにおいて、Ｅ型積層コアとＩ型積層コアの両コアに跨がって両コアを両側から挟み且つ両コアと共に締結された複数枚の非磁性プレートが装備されたトランス。
3. 請求項１又は２に記載のトランスにおいて、Ｅ型積層コアとＩ型積層コアの突き合わせ面間に絶縁性のペーストが介在したトランス。

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