JP2018190920A

JP2018190920A - 鉄心

Info

Publication number: JP2018190920A
Application number: JP2017094651A
Authority: JP
Inventors: 後藤　博; Hiroshi Goto; 博後藤; 塩田　広; Hiroshi Shioda; 広塩田; 霜村　英二; Eiji Shimomura; 英二霜村; 圭史伊藤; Keiji Ito
Original assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-11-29

Abstract

【課題】静止誘導機器に用いられ、鉄心の温度上昇が抑制された鉄心を提供する。【解決手段】鉄心は、薄帯鋼板を巻回してなる複数の単位鉄心と、前記単位鉄心のそれぞれの間に配置され、各単位鉄心間に間隙を設ける複数のスペーサと、を備え、複数の前記単位鉄心を、前記スペーサを狭在して、幅方向に重ね合わせて一体化して構成された鉄心であって、前記スペーサは長手方向を備えた細長で四角柱形状の部材であって、前記各単位鉄心間に長手方向を上下方向に指向して配置されており、前記単位鉄心と前記スペーサにより形成された間隙によりエアダクトが構成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器の用いられる鉄心に関する。

静止誘導機器として例えば変圧器の鉄心は、主としてうず電流損失による発熱量が多いため、温度上昇が問題となる。そのため、水冷方式などのように冷却媒体を使用して強制冷却したり、鉄心の動作磁束密度を低く抑えて磁束密度に比例する損失を低減したりすること等で対応が図られている。

しかし、冷却媒体を使用して変圧器を冷却する場合は、鉄心等とは別に冷却ユニットが必要となるため、変圧器全体のコストが上昇する。また、水冷方式では水漏れなどが発生する場合があるため、これを防止するためのメンテナンスが必要となる。

さらに近年、より高周波帯域で静止誘導機器の運転を行う場合、温度上昇の課題がさらに顕著となっている。

実開昭６１−１３９１２号公報

実施形態は、静止誘導機器に用いられ、鉄心の温度上昇が抑制可能な鉄心を提供する。

実施形態に係る鉄心は、薄帯鋼板を巻回してなる複数の単位鉄心と、前記単位鉄心のそれぞれの間に配置され、各単位鉄心間に間隙を設ける複数のスペーサと、を備え、複数の前記単位鉄心を、前記スペーサを狭在して、幅方向に重ね合わせて一体化して構成された鉄心であって、前記スペーサは長手方向を備えた細長で四角柱形状の部材であって、前記各単位鉄心間に長手方向を上下方向に指向して配置されており、前記単位鉄心と前記スペーサにより形成された間隙によりエアダクトが構成されている。

実施形態における静止誘導機器の概略構成を示す斜視図

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。静止誘導機器としては、変圧器１０を例示して実施形態の説明を行う。図１は実施形態に係る変圧器１０を模式的に示す斜視図である。図１に示すように変圧器１０は、鉄心１２を備えている。鉄心１２は例えば角部が丸くラウンドした四角環状を呈しており、二つの長辺部及び短辺部を備えて構成されている。長辺部は脚部１５ａ、短辺部はヨーク部１５ｂとなっている。

鉄心１２は、複数の単位鉄心１４（１４ａ〜１４ｄ）を幅方向に並列して配置することにより構成されている。実施形態では鉄心１２は４つの単位鉄心１４ａ〜１４ｄを用いて構成されている例を示している。言い換えれば、鉄心１２は、幅方向に複数に分割されてなる複数の単位鉄心１４により構成されているということもできる。

単位鉄心１４は複数枚の鉄心材が巻回されて構成された巻鉄心であり、中心に窓部１５ｃを有している。単位鉄心１４は、例えば、極薄のけい素鋼板薄帯を巻回して構成されている。けい素鋼板は、例えば、約６．５％のけい素を均一に含有するものであり、膜厚は例えば約０．１ｍｍである。また、けい素鋼板は、例えば、表層部付近が約６．５％、中心部は低濃度のけい素を含有するけい素濃度傾斜材料を用いることもできる。

単位鉄心１４を構成するけい素鋼板の膜厚を薄くすることは渦電流損の低減に有効である。このように、膜厚が極薄のけい素鋼板を用いて単位鉄心１４を形成することにより、渦電流損を抑制することができる。また、このようなけい素鋼板薄帯を用いて製造した変圧器１０は高周波特性に優れ、鉄心の温度上昇が小さい高周波用変圧器となる。

鉄心１２は、例えば、長辺部の脚部１５ａにおいて上下半分に切断されて、それぞれが略Ｕ字型を呈し、切断面を互いに上限から向かい合わせるようにして突き合わせて構成されたカットコア構造を備えている。

各単位鉄心１４ａ〜１４ｄの間にはスペーサ１６ａ〜１６ｄが配置されている。スペーサ１６は、長手方向を備え、細長で四角柱形状を呈している。スペーサ１６は、例えば、ノーメックスを主体とした材料で構成された絶縁物を整形したものを用いることができる。

図中左右方向の両端に位置するスペーサ１６ａ、１６ｄは、単位鉄心１４の脚部１５ａの側面に接するようにして配置されている。スペーサ１６ａ、１６ｄは、脚部１５ａが延伸する方向（以下、これを上下方向とする）に長手方向を指向して、脚部１５ａの中央部に位置し、脚部１５ａの端部が上下端より僅かに突出した状態で配置されている。

図中中央に位置するスペーサ１６ｂ、１６ｃは、単位鉄心１４のヨーク部１５ｂの側面に接するようにして配置されている。スペーサ１６ｂ、１６ｃは、その長手方向を上下方向に指向して、ヨーク部１５ｂの上下端よりわずかに長く突出させた状態で配置されている。スペーサ１６ａ〜１６ｄは略等間隔をなすように配置されている。窓部１５ｃにはスペーサ１６は配置されていない。

この構成により、各単位鉄心１４間であって各スペーサ１６間に、間隙を設けることができる。この隙間は、エアダクト１８となっており、エアダクト１８を空気が通過することにより鉄心１２を冷却することができる。エアダクト１８は各単位鉄心１４とスペーサ１６ａ〜１６ｄにより構成される間隙である。エアダクト１８すなわち空気の流路は上下方向に指向している。

次に、複数の単位鉄心１４ａ〜１４ｄの配列方法について以下に説明する。
各単位鉄心１４においては製造ばらつきが存在しているため、同じように製造しても、各単位鉄心１４で損失特性が異なっている。特に、高周波帯域で変圧器１０を運転する場合においては、この損失特性のばらつきによる影響すなわち温度上昇特性のばらつきが顕著になる。そこで、実施形態では、以下の配列手法を採る。なお、鉄心１２を構成する単位鉄心１４が４つの場合で説明する。

まず、予め、各単位鉄心１４の単位質量当たりの損失を取得する。ここで、単位鉄心１４ａ及び１４ｄの損失は大きい（すなわち温度上昇が大きい）ものであり、単位鉄心１４ｂ及び１４ｃの損失は小さい（すなわち温度上昇が小さい）ものであるとする。

この場合、図１に示すように、外側（すなわち図において手前側と後側）に損失が大きい単位鉄心１４ａ及び１４ｄを配置し、内側（すなわち単位鉄心１４ａと１４ｄとの間に挟まれた位置）に損失が小さい単位鉄心１４ｂ及び１４ｃを配置する。

このように配置すれば、発熱が大きい単位鉄心１４ａ及び１４ｄを放熱効率が高い外側に配置できるため、これらをより効率的に冷却することが可能となる。また、発熱が小さな単位鉄心１４ｂ及び１４ｃを内側に配置すれば、外側に比較して冷却効率が低いため、外側に比較して冷却効率を下げることが可能となる。従って、発熱が大きい単位鉄心１４を冷却効率が高い外側に配置し、発熱が小さい単位鉄心１４を冷却効率が低い内側に配置することで、単位鉄心１４の温度を平滑化することが可能となる。

この構成によれば、鉄心１２の局所的な過熱を防止して、温度分布を平滑化、均一化できるため、これを用いた変圧器１０の安全性、信頼性を向上させることができる。
実施形態に係る変圧器１０によれば以下の効果を奏する。

実施形態において、鉄心１２は、複数の単位鉄心１４を幅方向に重ね合わせて一体化することにより構成されている。各単位鉄心１４間にはスペーサ１６が間隙を形成するようにして狭在しており、この間隙はエアダクト１８すなわち空気の通り道となる。鉄心１２は、エアダクト１８を備え、このエアダクト１８を空気が通過することにより鉄心１２が冷却される。

また、エアダクト１８は上下方向に指向するように構成されている。これによれば、変圧器１０内の冷却媒体である空気の対流方向と、エアダクト１８が指向する方向とが一致するため、冷却効率を向上させることができる。

また、発熱が大きい単位鉄心１４を冷却効率が高い外側に配置し、発熱が小さい単位鉄心１４を冷却効率が低い内側に配置することで、鉄心１２の局所的な過熱を防止して、温度分布を平滑化、均一化できるため、これを用いた変圧器１０の安全性、信頼性を向上させることができる。

また、鉄心１２は４つの単位鉄心１４により構成された例を示して説明したが、これに限定されない。例えば、さらに放熱面積を拡大することにより冷却効率を向上させたい場合には、さらに各単位鉄心１４の幅を小さくし、単位鉄心１４の数を大きくして鉄心１２を構成すればよい。

また、単位鉄心１４とスペーサ１６との間に、例えば、熱導電率の高い絶縁物を介在させることも可能である。
上記のように、実施形態に係る鉄心１２については、変圧器１０に適用した例を示して説明を行ったが、これに限定されない。変圧器１０に限らず、リアクトル、モータ、発電機等に適用することができる。

以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…変圧器、１２…鉄心、１３ａ…脚部、１３ｂ…ヨーク部、１４、１４ａ〜１４ｄ…単位鉄心、１５…脚部、１５ｂ…ヨーク部、１５ｃ…窓部、１６、１６ａ〜１６ｄ…スペーサ、１８…エアダクト

Claims

薄帯鋼板を巻回してなる複数の単位鉄心と、
前記単位鉄心のそれぞれの間に配置され、各単位鉄心間に間隙を設ける複数のスペーサと、を備え、
複数の前記単位鉄心を、前記スペーサを狭在して、幅方向に重ね合わせて一体化して構成された鉄心であって、
前記スペーサは長手方向を備えた細長で四角柱形状の部材であって、前記各単位鉄心間に長手方向を上下方向に指向して配置されており、
前記単位鉄心と前記スペーサにより形成された間隙によりエアダクトが構成されている鉄心。
前記エアダクトは上下方向に指向して構成されている請求項１に記載の鉄心。
前記複数の単位鉄心のうち、損失が大きいものを外側に配置し、損失が小さいものを内側に配置してなる請求項１又は２に記載の鉄心。
前記単位鉄心は、極薄のけい素鋼板薄帯からなる請求項１から３の何れか一項に記載の鉄心。