JP2020080351A

JP2020080351A - 静止誘導機器用鉄心、静止誘導機器およびその製造方法

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Publication number: JP2020080351A
Application number: JP2018212287A
Authority: JP
Inventors: 周二多田; Shuji Tada; 拓弥岩崎; Takuya Iwasaki; 雅也田中; Masaya Tanaka
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: CN111180170B; CN111180170A; JP7045973B2

Abstract

【課題】鉄心を起立状態で輸送可能とし、鉄心の開封作業から組立作業が容易な静止誘導機器を提供する。【解決手段】ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心に巻回されたコイルとを有する静止誘導機器であって、前記巻鉄心の内側に接触して設けた内枠を備え、前記内枠は、前記ラップ部とは異なる方向に開放端を有する略コ字形状であって、前記開放端の両先端に互いに向かい合う折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記巻鉄心の内側の角部に対応する形状を有するものである。【選択図】図３

Description

本発明は、変圧器やリアクトルなどの静止誘導機器に関する。

巻鉄心構造を有する変圧器は、例えば積層されたアモルファス磁性薄帯を枠に巻き付け両端をラップして磁場中焼鈍を行い、その後、ラップを開いてコイルに挿入し、再度磁性薄帯の両端をラップして製造される。

コイルの挿入時に変圧器の鉄心を自立させる構造として、特許文献１には「鉄心支持部材により支持された状態でほぼ垂直に自立したアモルファス鉄心と、該アモルファス鉄心に挿入するコイルとを有するアモルファス変圧器において、前記鉄心支持部材は、前記アモルファス鉄心の側面を支持する側面支持部材と該鉄心のコーナ部を支持するコーナ部支持部材とが一体化されて構成されており、前記コーナ部支持部材は、鉄心のコーナ部の曲線に倣った形状を有し、該コーナ部支持部材が所定の間隔で複数配置されており、前記アモルファス鉄心と前記側面支持部材とがコイルに挿入される。」（請求項１参照）と記載されている。

また、変圧器鉄心の内側に固定金具を配置する構造として、特許文献２には「アモルファス巻鉄心の内側に配置される鉄心固定金具の強度を上げ、その鉄心固定金具にアモルファス巻鉄心を掛け自立させる構造」（要約参照）と記載されている。

特開２０１３−２４３４０１号公報特開２００６−１２０８７９号公報

アモルファス鉄心は、歪が生じると鉄心としての磁気特性が低下することが知られている。アモルファス鉄心を単体で輸送する際、パレット上に鉄心を横に置き段ボール等で梱包するのが一般的である。しかし、この鉄心を使用して変圧器を組み立てる際に、鉄心の開梱作業と鉄心を起立させる作業が必要である。このとき、略水平方向に倒して輸送された鉄心を略鉛直方向に立てる際に鉄心の形状が変化する場合がある。この変化による鉄心の特性の低下を防ぐために鉄心形状が崩れないよう作業することが望ましいが、そのためには特別な治具や設備が必要である。

特許文献１および特許文献２では、特別な治具や設備を熟練度の低い使用者が操作すると鉄心形状の変化が生じることや、アモルファス鉄心を鉄心の製造と変圧器としての組み立てが異なる工場である場合や工場内での輸送については考慮されていない。

本発明は、アモルファス鉄心を起立状態で輸送可能とすることが目的である。また、アモルファス鉄心の開封作業から組立作業が容易な静止誘導機器およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では押え板と内枠により鉄心を押え、鉄心を起立状態で輸送可能とする。

本発明の「静止誘導機器用鉄心」の一例を挙げるならば、
ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心の内側に接触して設けた内枠を有する静止誘導機器用鉄心であって、前記内枠は、前記ラップ部とは異なる方向に開放端を有する略コ字形状であって、前記開放端の両先端に互いに向かい合う折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記巻鉄心の内側の角部に対応する形状を有するものである。

また、本発明の「静止誘導機器」の一例を挙げるならば、
ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心に巻回されたコイルとを有する静止誘導機器であって、前記巻鉄心の内側に接触して設けた内枠を備え、前記内枠は、前記ラップ部とは異なる方向に開放端を有する略コ字形状であって、前記開放端の両先端に互いに向かい合う折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部は、前記巻鉄心の内側の角部に対応する形状を有するものである。

また、本発明の「静止誘導機器の製造方法」の一例を挙げるならば、
ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心に巻回されたコイルとを有する静止誘導機器の製造方法であって、下側にラップ部が位置するように前記巻鉄心を配置し、前記巻鉄心の内側に上方に開放端を有する略コ字形状の内枠を取り付け、前記巻鉄心の外側に、上金具、下金具および前記巻鉄心の側面を押さえる押え板を取り付け、起立状態で支持するステップと、前記巻鉄心のラップ部を開き、前記内枠の開放端に吊治具を取り付けて前記巻鉄心を吊り上げるステップと、コイルの穴に前記内枠を挿入し、前記吊り上げた巻鉄心を挿入するステップと、前記挿入した巻鉄心を閉じてラップ部を形成するステップと、前記上金具、前記下金具および前記押え板を取り付け、前記押え板で前記コイルの外側を押さえるステップと、を備えるものである。

本発明によれば、鉄心を起立状態で輸送可能となり、鉄心の開封作業から組立作業が容易な静止誘導機器およびその製造方法を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の変圧器用鉄心の輸送状態を示す図である。実施例１の変圧器の内枠の一例を示す図である。実施例１の変圧器の内枠の一例を示す斜視図である。実施例１の変圧器の中身構造を示す図である。実施例１の変圧器の組立手順の一例を示す図である。実施例２の変圧器用鉄心の輸送状態を示す図である。実施例２の変圧器の中身構造を示す図である。実施例３の変圧器用鉄心の輸送状態を示す図である。実施例３の変圧器の中身構造を示す図である。実施例３の変圧器の押え板を示す図である。

アモルファス鉄心の製造方法について説明する。保管や輸送のために倒されたアモルファス鉄心を起立させ組み立てる工程において、作業者の特別な治具や設備の熟練度によって鉄心形状の変化量が変わるため、安定した品質のアモルファス鉄心が求められている。

また、アモルファス鉄心の焼鈍とアモルファス鉄心にコイルを挿入し変圧器として組み立てる工程が同じ工場であれば、アモルファス鉄心を略鉛直方向に立てたまま組み立て作業を行うことができるが、これらが別の工場で行われる場合には、通常は重心を低くして輸送するためにアモルファス鉄心を倒したり立てる作業が生じ、起立させる際に形状変化が生じる。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

本発明の実施例1を図１乃至図４に沿って説明する。なお、実施例では変圧器について説明するが、リアクトルにも適用できる。

図１は、実施例１の変圧器用鉄心の輸送時の状態を示す概略図である。鉄心（巻鉄心）１の内側に隣接して、上側が開口部となっている内枠２を有する。鉄心１は、内側鉄心１ａと外側鉄心１ｂから構成されているが、単一の鉄心でもよい。鉄心１は、例えば積層されたアモルファス磁性薄帯を枠に巻き付け、両端を下側でラップしたものである。以降、鉄心は巻鉄心として説明する。

図２Ａは、実施例１の変圧器の内枠２の一例を示す図である。図２Ａ（ａ）は正面図、図２Ａ（ｂ）は側面図、図２Ａ（ｃ）は上面図である。また、図２Ｂにその斜視図を示す。内枠２は、上側、すなわち鉄心のラップ部とは異なる方向に開放端２Ａを有する略コ字形状である。この例ではラップ部と対向する面に開放端２Ａを設けている。そして、開放端２Ａの両先端には折り曲げ部２Ｂを有しており、両折り曲げ部２Ｂの互いに向き合う先端の間には、開口部を有している。折り曲げ部２Ｂは、鉄心の内側の長辺から短辺へ移る部分が、巻鉄心の内側の角部に対応する形状を備えている。対応する形状とは巻鉄心の内側の角部と折り曲げ部２Ｂが離れている状態であってもよい。巻鉄心の内側の角部は曲率を持っていてもよく、応力が集中しない形状であるとよい。また、折り曲げ部２Ｂの巻鉄心の内側角部と対向する部分は曲率を有する角部であれば、巻鉄心の内側に応力が集中しづらくなるため、巻鉄心の磁気特性を向上させることができる。

また、上金具３または下金具４を輸送または保管の際にも取り付けることで、鉄心１が他の部材と接触することを防止でき、鉄心１を保護することができる。これにより、起立させた鉄心１を複数台まとめて輸送または保管することが可能となる。

図１において、鉄心１の上側には上金具３を配置し、鉄心１の下側には下金具４を配置する。そして、上金具３と下金具４の両横に両者を連結するように押え板５をボルト等で締結する。押え板５は折り曲げた凸部５Ａを有し、凸部５Ａが鉄心に当たることにより、鉄心１の外側を押える構造となっている。鉄心１の内側を内枠２で支え、鉄心１の外側を上金具３、下金具４および押え板５で押えることで、鉄心１は自重や輸送時の揺れにより変形することなく起立し、形状の変化を低下させることができる。鉄心１は数百枚から数千枚のアモルファス薄帯が積層されているため、輸送の際の細かな振動によって、アモルファス薄帯の積層方向またはアモルファス薄帯の幅方向にずれが生じる場合がある。押え板５と内枠２との間で積層された複数のアモルファス薄帯が加圧されることにより、ずれが生じにくくなる。ひいては、この状態で輸送された鉄心１は、変圧器として組み立てることで磁気特性が低下しにくくなり、変圧器全体として磁気特性を安定させることができる。巻鉄心１の焼鈍と変圧器の組み立てが別の工場で行われる際に、鉄心１を輸送した場合であっても、従来の輸送方法に比べて形状の変化を生じにくくできる。また、輸送に限らず、鉄心１の焼鈍と組み立てが同一工場内で行われる場合に、鉄心１を起立させた状態で保管することができる。また、起立させた状態の鉄心１を工場内で搬送し、組み立てることで鉄心１の形状の変化を低下させることができる。

図３は、図１の鉄心１を使用した組立後の変圧器の中身構造である。導体を巻きまわしたコイル６を鉄心１の周りに配置することにより、変圧器として構成する。内枠２、上金具３、下金具４、および押え板５は、図１の輸送時のものを流用している。このとき、押え板５は、輸送時とは逆に凸部５Ａが両側に拡がる様に上金具３と下金具４に締結され、コイル６を外側から押えている。この構造により、変圧器短絡時に発生する機械力によるコイル６の外側への変形を、押え板５で抑制することができる。また、内枠２により、鉄心１の内側の形状がコイル６の仕上がりによらず確実に設計寸法となり、変圧器組立時の鉄心１の形状崩れによる磁気特性の低下を抑えることができる。

上金具３と下金具４の横寸法Lを、それぞれ両側に、鉄心１の横寸法ｗに鉄心１とコイル６の横寸法の差（コイル厚みｄ）の半分を足した寸法とする。そして、押え板５の凸部５Ａの折り曲げ寸法を、鉄心１とコイル６の横寸法の差（コイル厚みｄ）の半分とすることで、輸送時(図１)と変圧器中身組立後(図３)で押え板などに同じ部材を使用することができる。輸送時(図１)と変圧器中身組立後(図３)で押え板などに同じ部材を使用するため、梱包部材を削減でき、省エネに貢献できる。部品点数の削減を実現できる。また、部品配膳の簡略化により、製造時間を減少させることができる。

図４は、図１の変圧器用鉄心を使用した変圧器の組立手順の一例を示す。
図４（ａ）は、図１に示す輸送時の状態図である。鉄心１の内側に隣接して設けた内枠２と、鉄心１の外側に設けた上金具３、下金具４および押え板５により、鉄心の起立状態を維持する。
図４（ｂ）は、上金具３を取り外し、吊治具７を取り付けた状態図である。内枠２を略コ字形状とし、上部に開口部を配置することで、吊治具７を開口部に取り付け、鉄心１のラップ部を開放し鉄心１を吊り上げる。鉄心１が起立状態で吊り上げるため、鉄心１を起立させる作業が不要である。
図４（ｃ）は、鉄心１が吊り上げられており、内枠２にコイル６を挿入する作業とコイル６に吊治具７を下降させ鉄心１をコイル６に挿入する作業を示した図である。つまり、鉄心１を吊り上げた後にコイル６に内枠２を挿入した状態で、鉄心１をコイル６に挿入する。
図４（ｄ）は、変圧器の下部で鉄心の両端をラップした図である。鉄心１の挿入後の状態で内枠２が鉄心１の内側に入り、鉄心１の形状の変化を低下させることで従来の組み立て方法に比べて設計寸法により近づき、鉄心１の形状崩れにより生じる磁気特性の低下を防ぐことができる。
図４（ｅ）は、図３に示す、上金具３、下金具４および押え板５を取り付けた変圧器組立後の図である。

本実施例によれば、先ず、上側に開放端を有する略コ字形状であり、開放端の両先端に折り曲げ部を有する内枠を、鉄心の内側に隣接して設けることにより、鉄心の形状をより設計寸法に近づけることができる。また、輸送時などの鉄心の形状崩れによる磁気特性の低下を防ぐことができる。とりわけ、開放端２Ａの両先端に折り曲げ部２Ｂを備えることにより、鉄心１の上下の寸法を特定することができ、折り曲げ部のアール（曲面部）を特定することができる。また、内枠２の上側に開口部を備えることにより、吊治具を取り付けて鉄心を容易に吊り上げることができる。

また、鉄心１の外側に上金具３、下金具４および押え板５を取り付けることにより、鉄心１の起立状態を維持することができ、鉄心１の輸送用の梱包部材から開封する作業から組立作業が容易となる。そして、上金具３、下金具４および押え板５を所定の形状、例えば押え板の凸部の折り曲げ寸法をコイル厚の略１／２とすることにより、上金具３、下金具４および押え板５を鉄心の輸送時の支持部材と変圧器組立後の支持部材に兼用することができる。上金具３、下金具４および押え板５が鉄心１を支持することによって、より鉄心の形状は変化しにくくなるため、ひいてはこの鉄心１を用いて変圧器の磁気特性の低下をさせにくくすることができる。

図５に本発明の実施例２の輸送状態の変圧器用鉄心示す。また、図６に実施例２の変圧器の組立後の中身構造を示す。実施例２は実施例１から押え板５の形状を変更し、スペーサ８を追加したものである。

図５において、上金具３および下金具４を配置し、上金具３および下金具４の横寸法Lを鉄心１の横寸法ｗと同じにする。そして、押え板５を平板とし、上金具３および下金具４の両横に締結することにより、鉄心１の外側を押える。内枠２の構成は、実施例１と同様である。鉄心１の内側を内枠２で支え、鉄心１の外側を上金具３、下金具４および押え板５で押えることで、鉄心１は自重や輸送時の揺れによる変形量が従来の輸送時よりも減少した状態で起立し、形状の変化が低減される。

図６の変圧器中身組立状態では、上金具３および下金具４と押え板５との間にそれぞれスペーサ８を追加する。スペーサ８の長さは、コイルの厚さｄとすればよい。この構造により、変圧器短絡時に発生する機械力によるコイル６の外側への変形を、押え板５で抑制することができる。なお、上金具３とスペーサ８、下金具４とスペーサ８はボルト等で接続することができる。ボルトは一体であっても別体であってもよい。

本実施例によれば、実施例１に記載した内枠の効果に加えて、押え板５が平板で実施することができる。そして、輸送状態と変圧器中身組立状態とで同一の部品を使用することが可能となる。

図７に本発明の実施例３の輸送状態の変圧器用鉄心示す。また、図８に実施例３の変圧器の組立後の中身構造を示す。実施例３は実施例１から押え板５の形状を変更し、押え板ステー部５Ｂを追加したものである。

図７において、平板の押え板５に押え板ステー部５Ｂを設けることにより、押え板ステー部５Ｂで鉄心１の外側を押える。内枠２の構成は、実施例１と同様である。鉄心１の内側を内枠２で支え、鉄心１の外側を上金具３、下金具４および押え板５で押えることで、鉄心１は自重や輸送時の揺れによる変形量を従来の輸送よりも低減させつつ起立し、形状変化を低減させることができる。図８の変圧器中身組立状態では、押え板５は、輸送時とは逆に押え板ステー部５Ｂが両側に拡がる様に上金具３と下金具４に締結され、コイル６を外側から押えている。また、変圧器短絡時に発生する機械力によるコイル６の外側への変形を、押え板５で抑制することができる。

図９に、押え板５の図を示す。図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側面図、図９（ｃ）は上面図である。平板の押え板５に凸部となるステー部５Ｂを備えている。押え板ステー部５Ｂは、プレス加工により、或いは、ステー部を平板に溶接等により取り付けることにより作成することができる。ステー部５Ｂの突き出す大きさは、実施例１で説明した図３に示す押え板５の凸部５Ａの折り曲げ寸法と同様とするとよい。これにより輸送と組み立ての際にステー部５Ｂを有する押さえ板５を使用することができる。輸送と組み立てで同一部材を利用できるため、それぞれ専用部材が不要となるため省エネに貢献できる。

本実施例によれば、実施例１の効果に加えて、押え板５が押え板ステー部５Ｂを備えることにより、押え板５の強度が向上し変圧器短絡時に発生する機械力に対してより強固な構造とすることができる。

１…鉄心（巻鉄心）
１ａ…内側鉄心
１ｂ…外側鉄心
２…内枠
２Ａ…内枠開放端
２Ｂ…内枠折り曲げ部
３…上金具
４…下金具
５…押え板
５Ａ…押え板折り曲げ凸部
５Ｂ…押え板ステー部
６…コイル
７…吊り具
８…スペーサ

Claims

ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心の内側に接触して設けた内枠を有する静止誘導機器用鉄心であって、
前記内枠は、前記ラップ部とは異なる方向に開放端を有する略コ字形状であって、前記開放端の両先端に互いに向かい合う折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部は、前記巻鉄心の内側の角部に対応する形状を有する静止誘導機器用鉄心。
請求項１に記載の静止誘導機器用鉄心において、更に、
前記巻鉄心の下部に設けた下金具と、
前記巻鉄心の上部に設けた上金具と、
前記上金具と前記下金具に取り付けられ、前記巻鉄心の側部を押さえる押え板と
を備える静止誘導機器用鉄心。
請求項２に記載の静止誘導機器用鉄心において、
前記下金具と前記上金具の長さは前記巻鉄心の横幅より長く、
前記押え板は、前記巻鉄心の側部を押さえる折り曲げ凸部を備える静止誘導機器用鉄心。
請求項２に記載の静止誘導機器用鉄心において、
前記下金具と前記上金具の長さは前記巻鉄心の横幅と略等しく、
前記押え板は、平板である静止誘導機器用鉄心。
請求項２に記載の静止誘導機器用鉄心において、
前記下金具と前記上金具の長さは前記巻鉄心の横幅より長く、
前記押え板は、平板の中央部に前記巻鉄心の側部を押さえるステー部を備える静止誘導機器用鉄心。
ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心に巻回されたコイルとを有する静止誘導機器であって、
前記巻鉄心の内側に接触して設けた内枠を備え、
前記内枠は、前記ラップ部とは異なる方向に開放端を有する略コ字形状であって、
前記開放端の両先端に互いに向かい合う折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部は、前記巻鉄心の内側の角部に対応する形状を有する静止誘導機器。
請求項６に記載の静止誘導機器において、更に、
前記巻鉄心の下部に設けた下金具と、
前記巻鉄心の上部に設けた上金具と、
前記上金具と前記下金具に取り付けられ、前記コイルの側部を押さえる押え板と
を備える静止誘導機器。
請求項７に記載の静止誘導機器において、
前記下金具と前記上金具の長さは前記巻鉄心の横幅より長く、
前記押え板は、前記コイルの側部を押さえる折り曲げ凸部を備える静止誘導機器。
請求項８に記載の静止誘導機器において、
前記下金具と前記上金具は、前記巻鉄心の横幅よりそれぞれ両側にコイル厚みの略１／２延び、
前記押え板の折り曲げ凸部は、コイル厚みの略１／２ほど外側に突き出ている静止誘導機器。
請求項７に記載の静止誘導機器において、
前記下金具と前記上金具の長さは前記巻鉄心の横幅と略等しく、
前記押え板は、平板であり、
前記押え板は、前記下金具と前記上金具の両側にスペーサを介して取り付けられている静止誘導機器。
請求項７に記載の静止誘導機器において、
前記下金具と前記上金具の長さは前記巻鉄心の横幅より長く、
前記押え板は、平板の中央部に前記コイルの側部を押さえる外側に突き出たステー部を備える静止誘導機器。
請求項６に記載の静止誘導機器において、更に、
前記巻鉄心の上側に配置された上金具と、前記巻鉄心の下側に配置された下金具と、前記上金具と前記下金具とに連結された押え板を有し、
前記押え板は、前記コイルの取り付け前の状態では前記巻鉄心を押え、前記コイルを取り付けた状態では前記コイルを押える静止誘導機器。
ラップ部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心に巻回されたコイルと、を有する静止誘導機器であって、
前記巻鉄心の内側と接触する内枠が設けられ、
前記内枠は、前記ラップ部と異なる方向に開放端を有するコ字形状であって、前記開放端の先端には折り曲げ部を有しており
前記折り曲げ部は、前記巻鉄心の内側の長辺から短辺へ切り替わる部分が前記内側の角部に対応する形状であることを特徴とする静止誘導機器。
請求項７に記載の静止誘導機器の製造方法であって、
下側にラップ部が位置するように前記巻鉄心を配置し、前記巻鉄心の内側に上方に開放端を有する略コ字形状の内枠を取り付け、前記巻鉄心の外側に、上金具、下金具および前記巻鉄心の側面を押さえる押え板を取り付け、起立状態で支持するステップと、
前記巻鉄心のラップ部を開き、前記内枠の開放端に吊治具を取り付けて前記巻鉄心を吊り上げるステップと、
コイルの穴に前記内枠を挿入し、前記吊り上げた巻鉄心を挿入するステップと、
前記挿入した巻鉄心を閉じてラップ部を形成するステップと、
前記上金具、前記下金具および前記押え板を取り付け、前記押え板で前記コイルの外側を押さえるステップと、
を備える静止誘導機器の製造方法。