JP2019050327A - 内鉄型変圧器の鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄心の高さを低減しつつ励磁による鉄心の振動に起因する騒音を低減する。【解決手段】脚鉄１１０は、巻線２０の中心軸方向Ｙに延在する。継鉄１２０は、脚鉄１１０を構成する複数の電磁鋼板の積層方向および上記中心軸方向Ｙの両方に直交する延在方向Ｘに延在し、脚鉄１１０と接合される。脚鉄１１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面形状は、上記積層方向において脚鉄１１０の中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状である。継鉄１２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での上記延在方向Ｘに直交する断面形状は矩形状である。【選択図】図５

Description

本発明は、内鉄型変圧器の鉄心に関する。

内鉄型変圧器の鉄心の構成を開示した先行文献として、特開平１１−１３５３３９号公報(特許文献１)および特開平１１−１１１５２９号公報(特許文献２)がある。

特許文献１に記載された内鉄型変圧器の鉄心においては、中間継鉄の積層方向の厚さを大きくすることにより、中間継鉄の縦幅を小さくして、鉄心の高さを低減している。

特許文献２に記載された内鉄型変圧器の鉄心においては、脚鉄および継鉄の各々の周囲に形成される階段状の空間に間隔片を配置し、その周囲にバインドテープを巻き回すことにより、電磁鋼板を拘束して、励磁による電磁鋼板の振動に起因する騒音の低減を図っている。

特開平１１−１３５３３９号公報 特開平１１−１１１５２９号公報

特許文献１に記載された内鉄型変圧器の鉄心においては、中間継鉄の縦幅を小さくすることにより鉄心の高さを低減しており、中間継鉄を有さない内鉄型変圧器の鉄心の高さを低減することはできない。特許文献２に記載された内鉄型変圧器の鉄心においては、内鉄型変圧器の鉄心の高さを低減することについては考慮されていない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、鉄心の高さを低減しつつ励磁による鉄心の振動に起因する騒音を低減できる、内鉄型変圧器の鉄心を提供することを目的とする。

本発明に基づく内鉄型変圧器の鉄心は、脚鉄と継鉄とを備える。脚鉄は、複数の電磁鋼板が積層されて構成され、巻線の中心軸方向に延在する。継鉄は、脚鉄を構成する複数の電磁鋼板の積層方向に複数の電磁鋼板が積層されて構成される。継鉄は、上記積層方向および上記中心軸方向の両方に直交する延在方向に延在し、脚鉄と接合される。脚鉄の上記中心軸方向における中央部での上記中心軸方向に直交する断面形状は、上記積層方向において脚鉄の中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状である。継鉄の上記延在方向における中央部での上記延在方向に直交する断面形状は矩形状である。

本発明によれば、鉄心の高さを低減しつつ励磁による鉄心の振動に起因する騒音を低減できる。

比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心の外観を示す正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図１の内鉄型変圧器の鉄心を矢印ＩＶ方向から見た部分斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心の外観を示す正面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図５の内鉄型変圧器の鉄心を矢印ＶＩＩＩ方向から見た部分斜視図である。 図５の内鉄型変圧器の鉄心を矢印ＩＸ方向から見た部分斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心における脚鉄と継鉄との接合部を通過する磁束を模式的に示す部分正面図である。 本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心において、脚鉄と継鉄との積層方向の中央部から離れた位置における接合部を通過する磁束を模式的に示す部分正面図である。 本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心における脚鉄と継鉄との接合部での磁性鋼板の接合方法を説明するための分解斜視図である。

以下、比較形態および本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心について図面を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

まず、比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心について図面を参照して説明する。図１は、比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心の外観を示す正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図１の内鉄型変圧器の鉄心を矢印ＩＶ方向から見た部分斜視図である。

図１においては、比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心の脚鉄に巻き回された巻線の外形を一点鎖線で示している。図２においては、脚鉄に巻き回された巻線も図示している。図３においては、継鉄を積層方向の両側から締め付けるための押さえ板、および、継鉄と押さえ板との間に配置される絶縁板も図示している。

図１〜図４に示すように、比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心９００は、脚鉄９１０と継鉄９２０とを備える。脚鉄９１０には、巻線２０が巻き回されている。巻線２０は、脚鉄９１０の外周に配置された低圧巻線２１と、低圧巻線２１の外周に配置された高圧巻線２２とを含む。

脚鉄９１０は、複数の電磁鋼板１１が積層されて構成され、巻線２０の中心軸方向Ｙに延在する。継鉄９２０は、脚鉄９１０を構成する複数の電磁鋼板１１の積層方向Ｚに複数の電磁鋼板１２が積層されて構成される。継鉄９２０は、上記積層方向Ｚおよび上記中心軸方向Ｙの両方に直交する延在方向Ｘに延在し、脚鉄９１０と接合される。

図２に示すように、脚鉄９１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面形状は、上記積層方向Ｚにおいて脚鉄９１０の中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状である。具体的には、脚鉄９１０の幅は、中央部でＷ１であり、上記積層方向Ｚにおいて中央部に隣接している部分の幅がＷ２であり、さらに段階的に狭くなって、上記積層方向Ｚにおいて中央部から最も離れている端部の幅がＷＮである。このＮは自然数であり、幅ＷＮは、Ｎが大きくなるにしたがって段階的に狭くなる。脚鉄９１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面形状は、上記Ｎが大きくなるにしたがって、円形に近い形状となる。

図３に示すように、継鉄９２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での上記延在方向Ｘに直交する断面形状は、上記積層方向Ｚにおいて継鉄９２０の中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状である。具体的には、継鉄９２０の幅は、中央部でＷ１であり、上記積層方向Ｚにおいて中央部に隣接している部分の幅がＷ２であり、さらに段階的に狭くなって、上記積層方向Ｚにおいて中央部から最も離れている端部の幅がＷＮである。このＮは自然数であり、幅ＷＮは、Ｎが大きくなるにしたがって段階的に狭くなる。すなわち、継鉄９２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での上記延在方向Ｘに直交する断面形状は、上記Ｎが大きくなるにしたがって、円形に近い形状となる。

継鉄９２０の上面９２１上に、巻線２０が載置される。継鉄９２０の上記積層方向Ｚにおける端面９２２の略全体に接するように、絶縁板１３が配置されている。絶縁板１３に接するように、押さえ板９０が配置されている。

押さえ板９０同士が締結部材によって互いに締結されることにより、押さえ板９０同士の間に挟まれている複数の電磁鋼板１２および絶縁板１３が、上記積層方向Ｚの両側から締め付けられる。図３に示すように、継鉄９２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での上記延在方向Ｘに直交する断面において、押さえ板９０と継鉄９２０との間には、隙間９２３が形成されている。

図１に示すように、比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心９００の上記中心軸方向Ｙにおける高さは、Ｈ１である。図２に示すように、脚鉄９１０の上記積層方向Ｚにおける厚さは、Ｙ１である。脚鉄９１０の上記延在方向Ｘにおける最大幅は、Ｗ１である。図３に示すように、継鉄９２０の上記積層方向Ｚにおける厚さは、Ｙ１である。巻線２０と接触する継鉄９２０の上面９２１の上記積層方向Ｚにおける幅は、Ｙ２である。継鉄９２０の上記中心軸方向Ｙにおける高さは、Ｗ１である。

比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心９００においては、継鉄９２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での延在方向Ｘに直交する断面の面積は、脚鉄９１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面と略同一である。

継鉄９２０の上記積層方向Ｚにおける端面９２２が、押さえ板９０からの締付力を受ける。比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心９００においては、端面９２２の上記中心軸方向Ｙにおける幅ＷＮが狭いため、継鉄９２０を均一に締め付けることができない。そのため、継鉄９２０を構成する複数の電磁鋼板１２を上記幅ＷＮに対応する部分のみしか拘束することができず、励磁による電磁鋼板１２の振動に起因する騒音を低減することができない。

以下、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心について図面を参照して説明する。図５は、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心の外観を示す正面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図８は、図５の内鉄型変圧器の鉄心を矢印ＶＩＩＩ方向から見た部分斜視図である。図９は、図５の内鉄型変圧器の鉄心を矢印ＩＸ方向から見た部分斜視図である。

図５においては、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心の脚鉄に巻き回された巻線の外形を一点鎖線で示している。図６においては、脚鉄に巻き回された巻線も図示している。図７においては、継鉄を積層方向の両側から締め付けるための押さえ板、および、継鉄と押さえ板との間に配置される絶縁板も図示している。

図５〜図９に示すように、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００は、脚鉄１１０と継鉄１２０とを備える。脚鉄１１０には、巻線２０が巻き回されている。巻線２０は、脚鉄１１０の外周に配置された低圧巻線２１と、低圧巻線２１の外周に配置された高圧巻線２２とを含む。

脚鉄１１０は、複数の電磁鋼板１１が積層されて構成され、巻線２０の中心軸方向Ｙに延在する。継鉄１２０は、脚鉄１１０を構成する複数の電磁鋼板１１の積層方向Ｚに複数の電磁鋼板１２が積層されて構成される。継鉄１２０は、上記積層方向Ｚおよび上記中心軸方向Ｙの両方に直交する延在方向Ｘに延在し、脚鉄１１０と接合される。

図６に示すように、脚鉄１１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面形状は、上記積層方向Ｚにおいて脚鉄１１０の中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状である。具体的には、脚鉄１１０の幅は、中央部でＷ１であり、上記積層方向Ｚにおいて中央部に隣接している部分の幅がＷ２であり、さらに段階的に狭くなって、上記積層方向Ｚにおいて中央部から最も離れている端部の幅がＷＮである。このＮは自然数であり、幅ＷＮは、Ｎが大きくなるにしたがって段階的に狭くなる。すなわち、脚鉄１１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面形状は、上記Ｎが大きくなるにしたがって、円形に近い形状となる。

図７に示すように、継鉄１２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での上記延在方向Ｘに直交する断面形状は、矩形状である。継鉄１２０の上面１２１上に、巻線２０が載置される。継鉄１２０の上記積層方向Ｚにおける端面１２２の略全体に接するように、絶縁板１３が配置されている。絶縁板１３に接するように、押さえ板９０が配置されている。

押さえ板９０同士が締結部材によって互いに締結されることにより、押さえ板９０同士の間に挟まれている複数の電磁鋼板１２および絶縁板１３が、上記積層方向Ｚの両側から締め付けられる。

図５に示すように、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００の上記中心軸方向Ｙにおける高さは、Ｈ２である。図６に示すように、脚鉄１１０の上記積層方向Ｚにおける厚さは、Ｙ１である。脚鉄１１０の上記延在方向Ｘにおける最大幅は、Ｗ１である。図７に示すように、継鉄１２０の上記積層方向Ｚにおける厚さは、Ｙ１である。巻線２０と接触する継鉄１２０の上面１２１の上記積層方向Ｚにおける幅は、Ｙ１である。継鉄１２０の上記中心軸方向Ｙにおける高さは、ＷＴである。

本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００においては、継鉄１２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での延在方向Ｘに直交する断面の面積は、脚鉄１１０の上記中心軸方向Ｙにおける中央部での上記中心軸方向Ｙに直交する断面と略同一である。したがって、ＷＴ＜Ｗ１となる。Ｈ２＝Ｈ１−２(Ｗ１−ＷＴ)であるため、Ｈ２＜Ｈ１となる。

よって、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００においては、比較形態に係る内鉄型変圧器の鉄心９００に比較して、鉄心１００の高さを低減することができる。なお、ＷＴ＜Ｗ１を満たす限り、継鉄１２０の上記断面積は、脚鉄１１０の上記断面積の１倍以上１．２倍以下であってもよい。

継鉄１２０の上記積層方向Ｚにおける端面１２２が、押さえ板９０からの締付力を受ける。本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００においては、端面１２２の上記中心軸方向Ｙにおける幅ＷＴが広く、継鉄１２０の上記延在方向Ｘにおける中央部での上記延在方向Ｘに直交する断面において、比較形態のような押さえ板９０と継鉄９２０との間の隙間９２３が存在しないため、継鉄１２０を均一に締め付けることができる。そのため、継鉄１２０を構成する複数の電磁鋼板１２を上記幅ＷＴに対応する部分全体で拘束することができ、励磁による電磁鋼板１２の振動に起因する騒音を低減することができる。

比較形態に比較して、巻線２０と接触する継鉄１２０の上面１２１の上記積層方向Ｚにおける幅が広いため、巻線２０で発生する機械力が継鉄１２０の上面１２１に、より分散して負荷されるため、巻線２０で発生する機械力に対する耐力を向上することができる。

図１０は、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心において、脚鉄と継鉄との積層方向の中央部における接合部を通過する磁束を模式的に示す部分正面図である。図１１は、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心において、脚鉄と継鉄との積層方向の中央部から離れた位置における接合部を通過する磁束を模式的に示す部分正面図である。図１０および図１１においては、電磁鋼板の圧延方向を点線で示している。

図５および図８〜図１１に示すように、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００においては、脚鉄１１０の上記中心軸方向Ｙの端部において継鉄１２０と接合されている接合部は、上記積層方向Ｚから見て、鉄心１００の外周側の角部と鉄心１００の内周側の角部とを繋ぐように傾斜している。具体的には、接合部は、上記積層方向Ｚから見て、略４５°傾斜している。上記積層方向Ｚから見て、脚鉄１１０の端部において鉄心１００の外周に位置する部分に、切欠部１１１が設けられている。

図１０に示すように、脚鉄１１０の上記延在方向Ｘにおける最大幅Ｗ１が、継鉄１２０の上記中心軸方向Ｙにおける高さＷＴより大きいため、切欠部１１１を設けることによって、接合部における脚鉄１１０の幅と継鉄１２０の幅とを等しくすることができる。その結果、鉄心１００の外周側の接合部の端から電磁鋼板１１の先端が突出することを防止できる。これにより、磁束１が脚鉄１１０から継鉄１２０に進入する際に、鉄心１００の外周側に漏れる漏れ磁束を低減できる。

図５、図８および図９に示すように、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００においては、上記積層方向Ｚから見て、継鉄１２０の端部において、鉄心１００の外周、かつ、上記積層方向Ｚの両端に位置する部分に、切欠部１２３が設けられている。

上記のように、脚鉄１１０の断面形状は、上記積層方向Ｚの中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状であり、継鉄１２０の断面形状は矩形状である。そのため、切欠部１２３を設けることによって、鉄心１００の外周かつ上記積層方向Ｚの両端の位置において、鉄心１００の外周側の接合部の端から電磁鋼板１２の先端が突出することを防止できる。これにより、磁束１が継鉄１２０から脚鉄１１０に進入する際に、鉄心１００の外周側に漏れる漏れ磁束を低減できる。

図５、図８、図９および図１１に示すように、鉄心１００の内周、かつ、上記積層方向Ｚの両端に位置する、脚鉄１１０と継鉄１２０との間の隙間に、上記積層方向Ｚから見て三角形状の鉄心片３０が嵌め込まれて接合されている。鉄心片３０は、積層された複数の電磁鋼板が互いに接合されて構成されている。鉄心片３０は、略三角錐状の形状を有している。

図１１に示すように、鉄心１００の内周、かつ、上記積層方向Ｚの両端に位置する、脚鉄１１０と継鉄１２０との間の隙間に鉄心片３０を嵌め込むことにより、磁束２が継鉄１２０から脚鉄１１０に進入する際に鉄心片３０を通過するため、鉄心１００の内周側に漏れる漏れ磁束を低減できる。同様に、磁束１が脚鉄１１０から継鉄１２０に進入する際に鉄心片３０を通過するため、鉄心１００の内周側に漏れる漏れ磁束を低減できる。

また、鉄心１００の内周、かつ、上記積層方向Ｚの両端に位置する、脚鉄１１０と継鉄１２０との間の隙間に鉄心片３０を嵌め込むことにより、鉄心片３０上に巻線２０の一部が載置され、巻線２０で発生する機械力が継鉄１２０の上面１２１および鉄心片３０の上面に分散して負荷されるため、巻線２０で発生する機械力に対する耐力を向上することができる。

図１０および図１１に示すように、上記積層方向Ｚから見て、鉄心片３０を構成する電磁鋼板の圧延方向が、電磁鋼板１１の圧延方向および電磁鋼板１２の圧延方向の各々に対して４５°傾いており、電磁鋼板１１の圧延方向に対して電磁鋼板１２の圧延方向が９０°傾いている。この場合、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２との間を磁束が移行する際、電磁鋼板１１と鉄心片３０を構成する電磁鋼板との間を磁束が移行する際、および、電磁鋼板１２と鉄心片３０を構成する電磁鋼板との間を磁束が移行する際、の各々において発生する鉄損を低減することができる。

図１２は、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心における脚鉄と継鉄との接合部での磁性鋼板の接合方法を説明するための分解斜視図である。図１２に示すように、本発明の一実施の形態に係る内鉄型変圧器の鉄心１００においては、脚鉄１１０を構成する電磁鋼板１１と、継鉄１２０を構成する電磁鋼板１２とが、ステップラップ接合されている。

これにより、電磁鋼板１１と電磁鋼板１２との間を磁束が移行する際、電磁鋼板１１と鉄心片３０を構成する電磁鋼板との間を磁束が移行する際、および、電磁鋼板１２と鉄心片３０を構成する電磁鋼板との間を磁束が移行する際、の各々において発生する鉄損を低減することができる。

脚鉄１１０を構成する電磁鋼板１１と、継鉄１２０を構成する電磁鋼板１２とが、ステップラップ接合されている状態において、鉄心１００の内周、かつ、上記積層方向Ｚの両端に位置する、脚鉄１１０と継鉄１２０との間の隙間に鉄心片３０を嵌め込むことにより、鉄心片３０を通じて押さえ板９０からの締付力を接合部の継鉄１２０に負荷させることができ、継鉄１２０をより均一に締め付けることができる。そのため、励磁による電磁鋼板１２の振動に起因する騒音をより低減することができる。

本実施の形態においては、鉄心１００の内周、かつ、上記積層方向Ｚの両端に位置する、脚鉄１１０と継鉄１２０との間の隙間に鉄心片３０を嵌め込んで接合したが、鉄心片３０の代わりに、絶縁物、または、絶縁物と鉄心片との複合物を嵌め込んで接合してもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，２ 磁束、１１，１２ 電磁鋼板、１３ 絶縁板、２０ 巻線、２１ 低圧巻線、２２ 高圧巻線、３０ 鉄心片、９０ 押さえ板、１００，９００ 鉄心、１１０，９１０ 脚鉄、１１１，１２３ 切欠部、１２０，９２０ 継鉄、１２１，９２１ 上面、１２２，９２２ 端面、９２３ 隙間。

Claims (5)

1. 複数の電磁鋼板が積層されて構成され、巻線の中心軸方向に延在する脚鉄と、
   前記脚鉄を構成する前記複数の電磁鋼板の積層方向に複数の電磁鋼板が積層されて構成され、前記積層方向および前記中心軸方向の両方に直交する延在方向に延在し、前記脚鉄と接合される継鉄とを備え、
   前記脚鉄の前記中心軸方向における中央部での前記中心軸方向に直交する断面形状は、前記積層方向において前記脚鉄の中央部から離れるにしたがって段階的に幅が狭くなる多角形状であり、
   前記継鉄の前記延在方向における中央部での前記延在方向に直交する断面形状は矩形状である、内鉄型変圧器の鉄心。
2. 前記継鉄の前記延在方向における前記中央部での前記延在方向に直交する断面の面積は、前記脚鉄の前記中心軸方向における前記中央部での前記中心軸方向に直交する断面と略同一である、請求項１に記載の内鉄型変圧器の鉄心。
3. 前記脚鉄の前記中心軸方向の端部において前記継鉄と接合されている接合部は、前記積層方向から見て、前記鉄心の外周側の角部と前記鉄心の内周側の角部とを繋ぐように傾斜しており、
   前記積層方向から見て、前記脚鉄の前記端部において前記鉄心の外周に位置する部分に、切欠部が設けられている、請求項１または請求項２に記載の内鉄型変圧器の鉄心。
4. 前記継鉄の前記延在方向の端部において前記脚鉄と接合されている接合部は、前記積層方向から見て、前記鉄心の外周側の角部と前記鉄心の内周側の角部とを繋ぐように傾斜しており、
   前記積層方向から見て、前記継鉄の前記端部において、前記鉄心の外周、かつ、前記積層方向の両端に位置する部分に、切欠部が設けられている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内鉄型変圧器の鉄心。
5. 前記脚鉄と前記継鉄との接合部は、前記積層方向から見て、前記鉄心の外周側の角部と前記鉄心の内周側の角部とを繋ぐように傾斜しており、
   前記鉄心の内周、かつ、前記積層方向の両端に位置する、前記脚鉄と前記継鉄との間の隙間に、前記積層方向から見て三角形状の鉄心片が嵌め込まれている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内鉄型変圧器の鉄心。
   

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