JP2019125750A - アモルファス鉄心及び変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音や鉄損の増加を招くことなく、アモルファス鉄心の形状保持可能なアモルファス鉄心変圧器を提供する。【解決手段】鉄心の積層面の一部に樹脂を配置する。さらに、積層面の両側が互い違いとなるように樹脂を配置する。さらに、互い違いとする継ぎ目の部分に重なり代を設ける、または、絶縁テープなどで補強することで、鉄心の座屈を防ぐ。これにより、変圧器の磁気特性を悪化させることなく鉄心の形状保持が可能となる。【選択図】 図１

Description

本発明はアモルファス鉄心及び変圧器に関する。

世界の経済成長とともにエネルギー消費量は増加し続け、１９６５年から２０１５年ま
での約５０年間で３．３倍に達した。

通常、変圧器の鉄心材料には、損失が少なく透磁率の大きいケイ素鋼板が用いられてきたが、近年、エネルギー消費量の増加に伴う省エネニーズの高まりにより、変圧器の鉄心材料に、ケイ素鋼板に替わる鉄基アモルファス合金を用いた高効率な変圧器（以下、アモルファス変圧器という）の需要が高まっている。

上記鉄基アモルファス合金は、ケイ素鋼板に比べて電気抵抗率が大きく、板厚が１／１０と薄いため渦電流損が小さい。また、鉄基アモルファス合金は、非晶質であるため磁壁移動が容易で、かつ、ヒステリシス損が小さいという特徴があることから、変圧器の負荷がないときにも常に発生する無負荷損失が低いという利点を持つ。この利点を生かして、アモルファス変圧器は、運転負荷率の低い配電網への導入効果が高い技術として注目されている。

ところで、アモルファス変圧器の鉄心に用いられているアモルファス磁性薄帯は、磁性合金の溶融体を超急冷して製造される。そして、アモルファス磁性薄帯を用いて変圧器鉄心を製造する場合、切断したアモルファス磁性薄帯を積層面がコの字をなすように積層し、巻線を挿入した後、バットジョイントやラップジョイントと呼ばれる方法で左右のアモルファス磁性薄帯を交互に重ね合わせることにより、閉磁路を形成する鉄心が作製される。また、巻線を鉄心に挿入する作業前には、アモルファス磁性薄帯の積層作業に起因する応力の影響を除去するため、鉄心を成形した状態で磁場中焼鈍を行う工程が入る。焼鈍後、アモルファス鉄心を絶縁紙で覆う、もしくは鉄心の積層面を樹脂で塗布する工程が入り、巻線に挿入され、変圧器として形成されていく。

磁場中焼鈍ではアモルファス鉄心の形状を保持するため、金属製の枠で鉄心の周囲を固定している。しかし、変圧器に組み込む段階では、枠を取り付けたままでは循環電流が流れてしまうため、枠を取り外した状態となる。小容量の変圧器では、アモルファス鉄心の支持枠を外しても薄帯が自然にばらけることが少ないが、鉄心が大型化した場合、薄帯が重力で左右に広がり、鉄心が形成できなくなってしまう。

そこで、これまでは鉄心の支持枠を取り付けたまま樹脂を積層面に塗布し、樹脂硬化後に支持枠を取り外していた。しかし、支持枠は移動中外れてしまわないよう強く締付しているため、大きな締付応力が付与されたまま鉄心が樹脂で固化されてしまう。

アモルファス磁性薄帯は、応力に敏感に反応し、騒音特性や磁気損失が悪化するため、樹脂塗布により、騒音が増大する、磁気損失が悪化するなどの課題があった。

例えば、特許文献１では、アモルファス薄帯からなる鉄心において、巻鉄心積層面を２種類以上の異なる樹脂で形成し、巻鉄心積層面のコーナー部外周側を硬化収縮応力の大きな樹脂で形成し、これ以外の巻鉄心積層面を硬化収縮応力の小さい樹脂で形成することで、鉄心形状を保持し、硬化収縮によって生じる圧縮応力を低減させるとともに、硬化収縮応力の異なる２種類の樹脂を用いて、自重で圧縮応力の発生したコーナー部に張力を与えることで、自重による応力を緩和している。

特開２０１６−１８４６３７号公報

しかし、２種類以上の樹脂を使用することで、塗布、乾燥工程が２重に必要となるため、工数が増加してしまう可能性がある。また、樹脂で積層面全面を覆うため、油が鉄心内に浸透しにくくなり、鉄心温度上昇につながる可能性がある。また、鉄心の積層面を覆うように全面に樹脂を配置した場合、鉄心へ応力が加わり、騒音特性や磁気損失が悪化するという課題があった。

そこで本発明の目的は、鉄心に係る応力が少ないアモルファス鉄心及び変圧器を提供することにある。

上記目的は、アモルファス磁性薄帯を積層した積層体と、樹脂材と、を備えたアモルファス鉄心において、前記積層体の表面に、前記樹脂材により覆われた樹脂部分と、前記樹脂材により覆われていない露出部分とが配置されたことにより達成される。

また、上記目的は、アモルファス磁性薄帯を積層した積層体と、樹脂材とを備え、前記積層体の表面に、前記樹脂材により覆われた樹脂部分と、前記樹脂材により覆われていない露出部分とが配置されたアモルファス鉄心と、前記アモルファス鉄心に巻かれた巻線と、を備えた変圧器により達成される。

本発明によれば、鉄心に係る応力が少ないアモルファス鉄心及び変圧器を実現できる。

変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。 変圧器用のアモルファス鉄心における圧縮応力の解析結果 変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。 変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。 変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。 変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。 変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。 変圧器用のアモルファス鉄心の鳥瞰図。

以下、複数の実施例について図面を用いて説明する。各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、静止誘導電器（変圧器）用鉄心の実施例１を示す。該図に示すように、本実施例の静止誘導電器用鉄心は、アモルファス磁性薄帯で形成されたアモルファス鉄心１と、このアモルファス鉄心１の両積層面側の一部に配置される樹脂２で構成されている。なおここでいう樹脂とはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂が挙げられる。巻鉄心を形成する場合、積層面は図１に示したＡ面およびＢ面となる。Ａ面を一方の積層面側とし、Ｂ面を反対側の積層面側とする。両積層面側（Ａ側とＢ側）に配置する樹脂の位置を図１に示すように互い違いの構造とすることで、鉄心支持枠で鉄心を固定したまま樹脂で固着した際に生じる応力を緩和するとともに、鉄心の形状保持を図ることが可能となる。なお本実施例の応力緩和効果の相対値は、全面塗布を1.0としたときに対して約0.9である。具体的には下記の樹脂により発生する応力の式（数式1）をもとに算出した。ここでいうσは樹脂硬化による熱応力、Eｒは樹脂の弾性率、αｒは樹脂の線膨張係数、αｓは線膨張係数(樹脂と接着し材料(アモルファス合金：7.6ppm))、Tgは樹脂のガラス転移温度である。

図２は変圧器用のアモルファス鉄心における圧縮応力の解析結果を示す。通常、自重による圧縮応力がアモルファス鉄心に発生している。樹脂をアモルファス鉄心には塗布するが、全面塗布に比べて部分塗布の圧縮応力最大は小さい値となる。

また、樹脂を配置していない積層面から絶縁油が入りやすくなるため、冷却効率が向上する。さらに、図３に示したように、完全に互い違いに配置するのではなく、重なり代を設けることで、継ぎ目部分が弱くなり座屈することを防ぐことが可能となる。

また、例えば、樹脂は高弾性率または、樹脂とアモルファス薄帯の線膨張係数差の小さい樹脂であることが望ましい。

また、アモルファス鉄心１は樹脂２で塗布した後、絶縁紙などの絶縁シートで全体を覆う構成とする。これにより、破片飛散防止対策する（絶縁シートは磁石の配置方法を見易くするため図示していない）。

図４は他の実施例を示す図である。本実施例は実施例１の図１で説明した構成に対して、積層面側に塗布した樹脂の端部に絶縁テープ３を設ける構成とする。この構成により、継ぎ目部分が弱くなり座屈することを防ぐことが可能となる。なお本実施例の応力緩和効果の相対値は、全面塗布を1.0としたときに対して約0.9である。

図５は他の実施例を示す図である。本実施例は実施例１の図１で説明した構成に対して、樹脂配置位置を積層方向と同方向に沿って配置した構成となっている。積層面の一部に樹脂を配置しない部分を設けることで、応力を緩和する構成となっている。この構成により、鉄心支持枠で鉄心を固定したまま樹脂で固着した際に生じる応力を緩和するとともに、鉄心の形状保持を図ることが可能となる。なお本実施例の応力緩和効果の相対値は、塗布幅に応じて変化するが全面塗布を1.0としたときに対して約0.5〜0.8である。さらに、樹脂を配置していない積層面から絶縁油が入りやすくなるため、冷却効率が向上する
また、図６に示すように絶縁テープ３で鉄心をバインドすることで、鉄心形状保持を強固なものとする。

図７は他の実施例を示す図である。本実施例は実施例１の図１で説明した構成に対して、鉄心形状が積構造になった場合を示している。従って、積層面を示すＡ面およびＢ面は図に示したように鉄心内周側とが外周側になる。図７に示すように両積層面側（Ａ側とＢ側）に配置する樹脂の位置を図１に示すように互い違いの構造とすることで、鉄心支持枠で鉄心を固定したまま樹脂で固着した際に生じる応力を緩和するとともに、鉄心の形状保持を図ることが可能となる。また、樹脂を配置していない積層面から絶縁油が入りやすくなるため、冷却効率が向上する。

また、図８に示すように絶縁テープ３で鉄心をバインドすることで、鉄心形状保持を強固なものとする。

なお、図示はしないが本実施例のアモルファス鉄心１は、アモルファス鉄心１の両側に巻かれた巻線と共に変圧器を構成する。更に、本実施例のアモルファス鉄心１は、同様な鉄心を用いる他の電気機器にも用いることができる。

１・・・変圧器鉄心、２・・・樹脂、３・・・絶縁テープ、

Claims (16)

1. アモルファス磁性薄帯を積層した積層体と、
   樹脂材と、
   を備えたアモルファス鉄心において、
   前記積層体の表面に、前記樹脂材により覆われた樹脂部分と、前記樹脂材により覆われていない露出部分とが配置されたことを特徴とするアモルファス鉄心。
2. 請求項１において、
   前記積層体の片側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置と、前記積層体の反対側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置とが異なったことを特徴とするアモルファス鉄心。
3. 請求項２において、
   前記積層体の積層方向片側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置と、前記積層体の積層方向反対側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置とが互い違いをなしたことを特徴とするアモルファス鉄心。
4. 請求項３において、
   前記積層体の積層方向片側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置と、前記積層体の積層方向反対側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置とが重なり代を有したことを特徴とするアモルファス鉄心。
5. 請求項１において、
   前記積層体の表面に、前記樹脂部分に隣接して絶縁テープにより覆われた絶縁テープ部分が配置されたことを特徴とするアモルファス鉄心。
6. 請求項５において、
   前記絶縁テープが前記積層体を束ねるように配置されたことを特徴とするアモルファス鉄心。
7. 請求項１において、
   前記露出部分から注入された絶縁油を備えたことを特徴とするアモルファス鉄心。
8. 請求項１から７のいずれかにおいて、
   すべての前記樹脂部分と前記露出部分とを覆う絶縁シートを備えたことを特徴とするアモルファス鉄心。
9. アモルファス磁性薄帯を積層した積層体と、樹脂材とを備え、前記積層体の表面に、前記樹脂材により覆われた樹脂部分と、前記樹脂材により覆われていない露出部分とが配置されたアモルファス鉄心と、
   前記アモルファス鉄心に巻かれた巻線と、
   を備えた変圧器。
10. 請求項９において、
    前記積層体の片側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置と、前記積層体の反対側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置とが異なったことを特徴と変圧器。
11. 請求項１０において、
    前記積層体の積層方向片側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置と、前記積層体の積層方向反対側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置とが互い違いをなしたことを特徴とする変圧器。
12. 請求項１１において、
    前記積層体の積層方向片側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置と、前記積層体の積層方向反対側表面の前記樹脂部分と前記露出部分との配置とが重なり代を有したことを特徴とする変圧器。
13. 請求項９において、
    前記積層体の表面に、前記樹脂部分に隣接して絶縁テープにより覆われた絶縁テープ部分が配置されたことを特徴とする変圧器。
14. 請求項１３において、
    前記絶縁テープが前記積層体を束ねるように配置されたことを特徴とする変圧器。
15. 請求項９において、
    前記露出部分から注入された絶縁油を備えたことを特徴とする変圧器。
16. 請求項９から１５のいずれかにおいて、
    すべての前記樹脂部分と前記露出部分とを覆う絶縁シートを備えたことを特徴とする変圧器。

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