JP2022144632A - Laminated core and transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層鉄心及び変圧器に関する。 The present invention relates to laminated cores and transformers.
従来、変圧器において、電磁鋼板を積層することにより製造された継鉄部と脚鉄部とを備える鉄心が用いられている。変圧器における鉄損特性を改善するため、この電磁鋼板として、圧延方向の磁化特性が良好な一方向性電磁鋼板が用いられることがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a transformer, an iron core including a yoke portion and a leg iron portion manufactured by laminating electromagnetic steel sheets is used. In order to improve iron loss characteristics in transformers, grain-oriented electrical steel sheets having good magnetization characteristics in the rolling direction are sometimes used as the electrical steel sheets.
三相変圧器用の積層鉄心は、2個の継鉄部と3個の脚鉄部とを備える。2個の継鉄部と3個の脚鉄部とは、各々が一方向性電磁鋼板を積層して構成される。この積層鉄心は、継鉄部と中央の脚鉄部とが垂直に接合されるT形接合部を備える。T形接合部では磁束が複雑な経路で流れる。継鉄部から流れ出た磁束が中央の脚鉄部に流れ込む場合、継鉄部の圧延方向に沿って流れる磁束が、T形接合部の近傍において、脚鉄部を行き過ぎた後に脚鉄部に流入するといった磁束の回り込み事象が発生する。また、2つの継鉄部と外側の2つの脚鉄部とを周回する経路で磁束が流れる場合、中央の脚鉄部に対して、いったん磁束が侵入した後に、磁束が継鉄部に戻るといった事象が発生していた。 A laminated core for a three-phase transformer comprises two yokes and three leg irons. Each of the two yoke parts and the three leg iron parts is constructed by laminating unidirectional magnetic steel sheets. This laminated core has a T-joint where a yoke and a central leg iron are joined vertically. Flux flows in complex paths in a T-junction. When the magnetic flux flowing out of the yoke flows into the central leg iron, the magnetic flux flowing along the rolling direction of the yoke flows into the leg iron near the T-shaped joint after passing the leg iron. A wraparound event of the magnetic flux occurs. Also, when magnetic flux flows in a path that circulates between two yoke parts and two outer leg iron parts, the magnetic flux once enters the central leg iron part and then returns to the yoke part. An event had occurred.
例えば、特許文献1に開示される積層鉄心では、上述の中央の脚鉄部に対する磁束の侵入を抑制するため、継鉄部のT形接合部において、当該継鉄部の圧延方向に対して直交する幅方向を深さ方向とするV字形の切込み部が形成されている。さらに、当該切込み部に対して、連続した線状に延びるレーザー照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施してなるベクトル磁気特性材から構成される切片がはめ込まれている。
For example, in the laminated core disclosed in
しかし、特許文献1に係る技術は、切込み部にはめ込む鉄心に対して、上述のようにレーザー照射処理が必要となるので、製造工程が複雑となり、且つ製造コストが大きくなるといった問題があった。
However, the technique according to
本発明の目的は、簡便な手法で、従来よりも鉄損を低減させることが可能な変圧器用積層鉄心を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laminated core for a transformer capable of reducing iron loss more than conventionally by a simple method.
本発明の一態様に係る積層鉄心は、継鉄部と、前記継鉄部に対して垂直方向に配置され、第1の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層された脚鉄部とを備え、前記継鉄部は、前記第1の磁性の方向性とは垂直な第2の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層され、当該継鉄部と前記脚鉄部との界面の一部を含む領域に設けられた凹部を有する方向性部材と、前記方向性部材の凹部にはめ込まれる、無方向性電磁鋼板が積層された無方向性部材とを備える、積層鉄心である。 A laminated core according to an aspect of the present invention includes a yoke portion, and a leg iron portion which is arranged in a direction perpendicular to the yoke portion and in which grain-oriented electrical steel sheets having a first magnetic orientation are laminated. wherein the yoke portion is laminated with grain-oriented electrical steel sheets having a second magnetic directionality perpendicular to the first magnetic directionality, and an interface between the yoke portion and the leg iron portion A laminated core comprising: a directional member having a recess provided in a region including a part of the directional member;
また、本発明の一態様に係る変圧器は、上述の積層鉄心と、前記積層鉄心に巻き付けられる一次コイル及び二次コイルとを備える変圧器である。 Further, a transformer according to an aspect of the present invention is a transformer including the laminated core described above, and a primary coil and a secondary coil wound around the laminated core.
以下、実施形態に係る積層鉄心、及び変圧器について図面を参照して説明する。なお、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施形態は、好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。 Hereinafter, a laminated core and a transformer according to embodiments will be described with reference to the drawings. In each drawing, the dimensions and scale of each part are appropriately different from the actual ones. In addition, since the embodiments described below are preferred specific examples, various technically preferable limitations are attached. are not limited to these forms unless
1.第1実施形態
以下、図1~図9を参照することにより、第1実施形態に係る積層鉄心、及び当該積層鉄心を備える変圧器について説明する。
1. First Embodiment Hereinafter, a laminated core according to a first embodiment and a transformer provided with the laminated core will be described with reference to FIGS. 1 to 9. FIG.
1.1 第1実施形態の構成
図1は、第1実施形態に係る三相三脚の積層鉄心1の構成図である。積層鉄心1は、継鉄部2A及び2B、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4が接合されて構成されている。より詳細には、継鉄部2A及び2Bの長手方向に対して、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4の長手方向が垂直に位置するように、継鉄部2A及び2Bと外側の脚鉄部3A及び3B及び中央の脚鉄部4とが接合される。
1.1 Configuration of First Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram of a laminated
なお、本明細書において、継鉄部2A及び2Bを「継鉄部2」と総称することがある。同様に、外側の脚鉄部3A及び3Bを「外側の脚鉄部3」と総称することがある。
In this specification, the
また、以降の説明では、相互に直交するX軸、Y軸及びZ軸を想定する。X軸、Y軸及びZ軸は、以降の説明で例示される全図において共通である。図1に例示される通り、任意の地点からみてX軸に沿う一方向をX1方向と表記し、X1方向と反対の方向をX2方向と表記する。X軸方向は、X1方向及びX2方向の両方向を含む方向である。同様に、任意の地点からY軸に沿って相互に反対の方向をY1方向及びY2方向と表記する。Y軸方向は、Y1方向及びY2方向の両方向を含む方向である。また、任意の地点からZ軸に沿って相互に反対の方向をZ1方向及びZ2方向と表記する。Z軸方向は、Z1方向及びZ2方向の両方向を含む方向である。さらに、X軸とY軸とを含むX-Y平面は水平面に相当する。Z軸は鉛直方向に沿う軸線である。 Also, in the following description, X-, Y-, and Z-axes that are orthogonal to each other are assumed. The X-axis, Y-axis and Z-axis are common in all the drawings illustrated in the following description. As exemplified in FIG. 1, one direction along the X axis when viewed from an arbitrary point is denoted as X1 direction, and the opposite direction to X1 direction is denoted as X2 direction. The X-axis direction is a direction including both the X1 direction and the X2 direction. Similarly, mutually opposite directions along the Y-axis from an arbitrary point are denoted as Y1 direction and Y2 direction. The Y-axis direction is a direction including both the Y1 direction and the Y2 direction. Also, directions opposite to each other along the Z-axis from an arbitrary point are denoted as Z1 direction and Z2 direction. The Z-axis direction is a direction including both the Z1 direction and the Z2 direction. Furthermore, the XY plane, which includes the X and Y axes, corresponds to the horizontal plane. The Z-axis is the axis along the vertical direction.
とりわけ、図1において、継鉄部2A及び2Bの長手方向をX軸方向とし、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4の長手方向をY軸方向とする。また、継鉄部2Aと継鉄部2Bとを比較すると、継鉄部2Aは継鉄部2Bに対して、Z2方向に位置する。また、外側の脚鉄部3Aと外側の脚鉄部3Bとを比較すると、外側の脚鉄部3Aは外側の脚鉄部3Bに対して、X2方向に位置する。中央の脚鉄部4は、外側の脚鉄部3Aと脚鉄部3Bとの中央に位置する。
In particular, in FIG. 1, the longitudinal direction of the
継鉄部2A及び継鉄部2Bは、X軸方向を圧延方向とする方向性電磁鋼板を、互いに絶縁した状態で、Y軸方向に所定枚数積層することにより構成されている。さらに、継鉄部2A及び継鉄部2Bは、当該圧延方向を磁性の方向性とする。継鉄部2A及び継鉄部2Bの磁性の方向性は、図1において、矢印Aで示される。
The
外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4は、Z軸方向を圧延方向とする方向性電磁鋼板を、互いに絶縁した状態で、Y軸方向に所定枚数積層することにより構成されている。さらに、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4は、当該圧延方向を磁性の方向性とする。外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4の磁性の方向性は、図1において矢印Bで示される。
The outer
外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4には、コイル部5A~5Cが装着される。より詳細には、外側の脚鉄部3Aにコイル部5Aが、中央の脚鉄部4にコイル部5Bが、外側の脚鉄部3Bにコイル部5Cが装着される。なお、図1において、コイル部5A~5Cは想像線で示される。また、積層鉄心1が変圧器で用いられる場合には、コイル部5A~5Cは、一次コイル及び二次コイルを含む。これら一次コイル及び二次コイルは、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4を中心として、同心状に巻き回されることにより構成される。
なお、本明細書において、コイル部5A~5Cを「コイル部5」と総称することがある。
In this specification, the
また、継鉄部2A及び継鉄部2Bには、中央の脚鉄部4との間の界面6A及び6Bの少なくとも一部を含む領域の各々に、凹部7A及び7Bが設けられており、凹部7A及び7Bの各々には、無方向性部材8A及び8Bがはめ込まれる。無方向性部材8A及び8Bは、無方向性鋼板を、互いに絶縁した状態で、Y軸方向に所定枚数積層することにより構成されている。無方向性部材8A及び8Bの形状は、XZ平面において長方形とすることが好適であるが、これには限定されない。また、無方向性部材8A及び8BのX軸方向の幅は、中央の脚鉄部4のX軸方向の幅に一致することが好適であるが、これには限定されない。また、無方向性部材8A及び8Bを、XZ平面における長方形とした場合、無方向性部材8Aが、継鉄部2Aにおいて界面6AよりもZ2方向にあったり、無方向性部材8Bが、継鉄部2Bにおいて界面6BよりもZ1方向にあったりすると、磁束の回り込みを抑える効果が減少してしまう。このため、無方向性部材8AのX軸方向の二辺のうち、Z1方向側の辺を界面6Aに一致させ、無方向性部材8BのX軸方向の二辺のうち、Z2方向側の辺を界面6Bに一致させることが好適であるが、これには限定されない。
The
なお、本明細書において、界面6A及び6Bを「界面6」と総称することがある。同様に、凹部7A及び7Bを「凹部7」と総称することがある。同様に、無方向性部材8A及び8Bを「無方向性部材8」と総称することがある。
In this specification, the
また、無方向性部材8A及び8BのZ軸方向の長さの最大値は、後述のように、継鉄部2A及び2BのZ軸方向の長さの1/2以下であって、とりわけ1/2近傍とすることが好適である。これは、磁束が継鉄部2A、脚鉄部3A、継鉄部2B、及び脚鉄部3Bを周回する際、磁束が無方向性部材8A及び8Bを避けてスムーズに周回することのできる領域をある程度確保すると共に、磁束が無方向性部材8A及び8Bによって中央の脚鉄部4に誘導される度合いを抑制するためである。しかし、無方向性部材8A及び8BのZ軸方向の長さの最大値は、これには限定されない。
Also, the maximum length of the
また、無方向性部材8A及び8Bを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、継鉄部2A及び2B、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4を構成する方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高い。これは、後述のように無方向性部材8A及び8Bが配置されるT形接合部には磁束が集中し、磁束密度が高くなるため鉄損も高くなる傾向にあるためである。鉄損がより低くなる材料として、ケイ素含有率が比較的高いために導電性の低い材料を用いることが好適である。具体的には、継鉄部2A及び2B、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4を構成する方向性電磁鋼板のケイ素含有率は2%~5%とすることが好適であり、とりわけ3%前後とすることが好適である。一方で、無方向性部材8A及び8Bを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高いと共に、7%以下とすることが好適であり、とりわけ6.5%前後とすることが好適である。これは、無方向性電磁鋼板のケイ素含有率が7%を超えると、とりわけ磁性や剛性に関する物性が落ちるためである。なお、磁性に関する特性としては、磁歪特性が挙げられる。ケイ素含有率が6.5%の電磁鋼板では、磁歪がほぼゼロとなるため、変圧器における騒音振動の抑制に効果的である。
In addition, the silicon content of the non-oriented electrical steel sheets constituting the
さらに、無方向性部材8A及び8Bを構成する無方向性電磁鋼板における端部、具体的には、X軸方向においての、端部のケイ素含有率は、中央部のケイ素含有率よりも高くすることが好適である。これは後述のように、無方向性部材8A及び8Bにおいて、X軸方向においての端部であると共に、界面6A及び6Bの近傍、すなわち界面6A及び6Bから所定の距離未満にあるコーナー部に磁束が集中するためである。これに起因して、当該コーナー部の鉄損が高くなりがちである。従って、当該コーナー部には、より鉄損の低くなる、ケイ素含有率の高い材料を用いることが好適である。
Furthermore, the silicon content in the ends of the non-oriented electrical steel sheets constituting the
なお、継鉄部2A及び2B、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4を構成する方向性電磁鋼板、及び、無方向性部材8A及び8Bを構成する無方向性電磁鋼板の厚さは、0.30mm~0.35mm前後とすることが好適であるが、これには限定されない。
The
1.2 実施形態の製造方法
図2は、第1実施形態に係る積層鉄心1の製造方法の例を示す説明図である。図2には、無方向性部材8Bを含む継鉄部2Bに、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4の端部が接合された状態が示されている。この状態において、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4に対して、コイル部5A~5Cが、当該外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4を包囲するように、Z2方向からZ1方向に向かって装着される。その後、無方向性部材8Aを含む継鉄部2Aが、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4に接合される。この製造方法により、変圧器に用いられる積層鉄心1が構成される。
1.2 Manufacturing Method of Embodiment FIG. 2 is an explanatory view showing an example of a manufacturing method of the
また、図2においてハッチングで示される、継鉄部2Aと脚鉄部3Aとの接合部2F及び3F、継鉄部2Aと脚鉄部3Bとの接合部2G及び3G、中央の脚鉄部4と無方向性部材8Aとの接合部4F及び8H、中央の脚鉄部4と無方向性部材8Bとの接合部4G及び8I、継鉄部2Aの凹部7Aと無方向性部材8Aとの接合部7F及び8F、継鉄部2Bの凹部7Bと無方向性部材8Bとの接合部7G及び8G、各々の互いの接合には、ラップジョイント方式が用いられる。具体的には、各々の継目が積層毎に交互にずれて重なるようなラップ代が設けられ、互いに異なる部材のラップ代同士が接合される方式が用いられる。ただし、ラップジョイント方式はあくまで一例であって、各部材同士の接合方式は、ラップジョイント方式に限定されない。
2,
また、図2に示される製造方法はあくまで一例であって、他の方法により積層鉄心1を製造することが可能である。例えば、最初に、無方向性部材8Aを含む継鉄部2Aと、外側の脚鉄部3A及び3B及び中央の脚鉄部4の端部とを接合させた上で、コイル部5A~5Cが、外側の脚鉄部3A及び3B及び中央の脚鉄部4を包囲するように、Z1方向からZ2方向に向かって装着され、最後に、無方向性部材8Bを含む継鉄部2Bが、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4の端部に接合されてもよい。
Moreover, the manufacturing method shown in FIG. 2 is merely an example, and it is possible to manufacture the
1.3 磁束が流れる経路の形状
図3は、第1実施形態における積層鉄心1に発生する磁束が流れる経路の形状のシミュレーション結果を示す。なお、図3は、ある瞬間における、積層鉄心1における磁束が流れる経路を示すものであり、図3の例においては、磁束が主として、継鉄部2Aと、中央の脚鉄部4と、継鉄部2Bと、外側の脚鉄部3Bとを周回する瞬間の磁束の流れを示す。
1.3 Shape of Path through which Magnetic Flux Flows FIG. 3 shows simulation results of the shape of the path through which magnetic flux generated in the
磁束は、より短い距離を流れようとするため、図3の例においては、継鉄部2A、中央の脚鉄部4、継鉄部2B、及び外側の脚鉄部3Bを周回するルートのうち、より内側のルートを流れる傾向が高い。このため、より内側のルートほど多くの磁束が流れ、局所的な磁束密度は高くなる。 Since the magnetic flux tends to flow over a shorter distance, in the example of FIG. , with a higher tendency to flow through more medial routes. For this reason, more magnetic flux flows through the inner route, and the local magnetic flux density increases.
また、継鉄部2A及び2Bは、磁気異方性としてAで示す磁性の方向性を有するため、T形接合部において、磁束が継鉄部2A及び2Bから、中央の脚鉄部4に流れ込む際、図3のP1の円内に示すように、一部の磁束が、いったん中央の脚鉄部4を行き過ぎた後、中央の脚鉄部4に流入するといった磁束の回り込み事象が発生する。しかし、無方向性部材8A及び8Bが存在することにより、図3のP2の円内に示すように、継鉄部2A及び2Bにおいて、無方向性部材8A及び8Bとは反対側を流れる磁束の一部が回り込まずに、無方向性部材8A及び8Bに吸収されるように誘導される。その後、無方向性部材8A及び8Bに吸収された磁束は、中央の脚鉄部4において、磁気異方性としてBで示される磁性の方向性に従って、無方向性部材8A及び8Bに吸収された位置から、真下又は真上に流れる。詳しくは後述するが、無方向性部材8A及び8Bによる磁束の誘導により、中央の脚鉄部4における磁束密度は、無方向性部材8A及び8Bを配置しない場合に比較して減少し、延いては、積層鉄心1における鉄損も減少する。
In addition, since the
1.4 鉄損の比較
次に、図4及び図5を参照することにより、本実施形態に係る積層鉄心1と、比較例としての積層鉄心50との、鉄損密度の比較について説明する。図4は、比較例としての積層鉄心50の構成とその鉄損密度分布を示す図である。図5は、本実施形態に係る積層鉄心1の構成とその鉄損密度分布を示す図である。
1.4 Comparison of Iron Loss Next, a comparison of iron loss densities between the
比較例に係る積層鉄心50は、継鉄部20A及び20B、外側の脚鉄部30A及び30B、及び中央の脚鉄部40が接合されて構成されている。より詳細には、継鉄部20A及び20Bの長手方向に対して、外側の脚鉄部30A及び30B、及び中央の脚鉄部40の長手方向が垂直に位置するように、継鉄部20A及び20Bと外側の脚鉄部30A及び30B及び中央の脚鉄部40とが接合される。
A
とりわけ、図4において、継鉄部20A及び20Bの長手方向をX軸方向とし、外側の脚鉄部30A及び30Bの長手方向をY軸方向とする。また、継鉄部20Aと継鉄部20Bとを比較すると、継鉄部20Aは継鉄部20Bに対して、Z2方向に位置する。また、外側の脚鉄部30Aと脚鉄部30Bとを比較すると、脚鉄部30Aは脚鉄部30Bに対して、X2方向に位置する。中央の脚鉄部40は、外側の脚鉄部30Aと脚鉄部30Bとの中央に位置する。
Particularly, in FIG. 4, the longitudinal direction of the
継鉄部20A及び20Bは、X軸方向を圧延方向とする方向性電磁鋼板を、互いに絶縁した状態で、Y軸方向に所定枚数積層することにより構成されている。さらに、継鉄部20A及び20Bは、当該圧延方向を磁性の方向性とする。継鉄部20A及び20Bの磁性の方向性は、図4において、矢印Aで示される。
The
外側の脚鉄部30A及び30B、及び中央の脚鉄部40は、Z軸方向を圧延方向とする方向性電磁鋼板を、互いに絶縁した状態で、Y軸方向に所定枚数積層することにより構成されている。さらに、外側の脚鉄部30A及び30B、及び中央の脚鉄部40は、当該圧延方向を磁性の方向性とする。外側の脚鉄部30A及び30B、及び中央の脚鉄部40の磁性の方向性は、図4において矢印Bで示される。
The outer
比較例に係る積層鉄心50を、本実施形態に係る積層鉄心1と比較すると、比較例に係る積層鉄心50は、T形接合部に無方向性部材8A及び8Bを備えない点で、本実施形態に係る積層鉄心1とは異なる。比較例に係る積層鉄心50においては、継鉄部20A及び20Bの各々に略V字型の凹部25A及び25Bが設けられると共に、中央の脚鉄部40の両端が略V字型に形成され、中央の脚鉄部40の両端と、凹部25A及び25Bとが接合される。
Comparing the
なお、本明細書において、継鉄部20A及び20Bを「継鉄部20」と総称することがある。同様に、外側の脚鉄部30A及び30Bを「外側の脚鉄部30」と総称することがある。同様に、凹部25A及び25Bを「凹部25」と総称することがある。
In this specification, the
次に、比較例に係る積層鉄心50の鉄損密度分布と、本実施形態に係る積層鉄心1の鉄損密度分布とを比較する。本実施形態に係る積層鉄心1の、無方向性部材8A及び8Bを除く継鉄部2A及び2B、外側の脚鉄部3A及び3B、及び中央の脚鉄部4において、図5で示される鉄損の高い領域の面積は、比較例に係る積層鉄心50の、継鉄部20A及び20B、外側の脚鉄部30、及び中央の脚鉄部40における、同様に鉄損が高い領域の面積よりも狭い。
Next, the iron loss density distribution of the
変圧器に用いられる鉄心において、鉄損は主として、鉄心において磁界の向きが変わる時に発生するヒステリシス損と、鉄心の中に生じる渦電流によって生じる渦電流損とを含む。ヒステリシス損は、以下の数式[1]により算出される。また、渦電流損は、以下の数式[2]により算出される。なお、以下の数式[1]及び数式[2]において、ヒステリシス損をPh[W/kg]、周波数をf[Hz]、最大磁束密度をBm[T]、渦電流損をPe[W/kg]、鋼板の厚さをt[m]、電圧の波形率をkfとし、kh、及びkeは材料によって定まる定数である。
上述の数式[1]及び数式[2]に示されるように、最大磁束密度Bmが増加するほど、ヒステリシス損Phも渦電流損Peも共に増加する。このため、鉄損を減少させるためには、最大磁束密度Bmを減少させることが好ましい。後述のように、本実施形態に係る積層鉄心1での磁束の位相は、比較例に係る積層鉄心50での磁束の位相よりもズレが小さい。これにより、磁束同士が打ち消しあう度合いが低いため、総磁束量一定の条件下では、あまり高い磁束密度が要求されない。また、本実施形態に係る積層鉄心1では、磁束密度の分布にムラが発生する度合いが小さい。すなわち、本実施形態に係る積層鉄心1では、局所的に磁束密度が高くなる領域が発生する傾向が小さいため、鉄損密度が比較的低くなると推察される。さらに、T形接合部においては、磁束が流れる経路が複雑に入り乱れているため、比較例のように特定の方向性を有する材料を用いることは好ましくない。それと共に、T形接合部に無方向性部材8を用いることで、どの方向からの磁束も中央の脚鉄部4に誘導することが可能となる。その結果、比較例に係る積層鉄心50に比較して、本実施形態に係る積層鉄心1では、総鉄損を1.5%前後低減することができる。
As shown in the above formulas [1] and [2], both the hysteresis loss Ph and the eddy current loss Pe increase as the maximum magnetic flux density Bm increases. Therefore, in order to reduce core loss, it is preferable to reduce the maximum magnetic flux density Bm . As will be described later, the magnetic flux phase deviation in the
一方で、本実施形態に係る積層鉄心1では、上述のように、無方向性部材8A及び8Bにおいて、X軸方向での端部であると共に、界面6の近傍にあるコーナー部における鉄損密度が高くなっている。これは、磁束がより近距離のルートを通ろうとするために、コーナー部にはより多くの磁束が集中するためである。そのため、上述のように、無方向性部材8A及び8Bを構成する無方向性電磁鋼板における端部、具体的には、X軸方向においての、無方向性電磁鋼板の端部のケイ素含有率は、中央部のケイ素含有率よりも高くすることが好適である。これにより、上述した総鉄損の低減効果はより大きくなる。
On the other hand, in the
1.5 磁束密度分布の比較
次に、図6~図9を参照することにより、本実施形態に係る積層鉄心1と、比較例としての積層鉄心50との、磁束密度分布の比較について説明する。図6は、比較例としての積層鉄心50における磁束密度の測定箇所を示す図である。図7は、図6に示される各測定箇所における磁束密度の測定値の経時的変化を示すグラフである。図8は、本実施形態に係る積層鉄心1における磁束密度の測定箇所を示す図である。図9は、図8に示される各測定箇所における磁束密度の測定値の経時的変化を示すグラフである。
1.5 Comparison of Magnetic Flux Density Distribution Next, a comparison of magnetic flux density distributions between the
図6に示されるように、比較例としての積層鉄心50に備わる中央の脚鉄部40のZ軸方向中央部を、X2方向からX1方向に向かって等間隔に七分割し、分割点である五点を、X2方向からX1方向に向かって測定点MC1、測定点MC2、測定点MC3、測定点MC4、及び測定点MC5とする。比較例としての積層鉄心50では、これら測定点MC1~MC5における磁束密度が測定される。同様に、図8に示されるように、本実施形態に係る積層鉄心1に備わる中央の脚鉄部4のZ軸方向中央部を、X2方向からX1方向に向かって等間隔に七分割し、分割点である五点を、X2方向からX1方向に向かって測定点ME1、測定点ME2、測定点ME3、測定点ME4、及び測定点ME5とする。本実施形態に係る積層鉄心1では、これら測定点ME1~ME5における磁束密度が測定される。
As shown in FIG. 6, the central portion in the Z-axis direction of the central
上述のように、図7は、測定点MC1、測定点MC2、測定点MC3、測定点MC4、及び測定点MC5における磁束密度の測定値の経時的変化を示す。同様に、図9は、測定点ME1、測定点ME2、測定点ME3、測定点ME4、及び測定点ME5における磁束密度の測定値の経時的変化を示す。図7と図9とを比較すると、図7に示される磁束密度の最大値が1を超える一方で、図9に示される磁束密度の最大値は1を下回る。すなわち、本実施形態に係る積層鉄心1における磁束密度の最大値は、比較例としての積層鉄心50における磁束密度の最大値よりも小さい。また、図9における各グラフの山と山との間隔は、図7における各グラフの山と山との間隔よりも小さい。すなわち、本実施形態に係る積層鉄心1における磁束の位相ズレは、比較例としての積層鉄心50における磁束の位相ズレよりも小さい。これは、図3の円P1内に例示されるような磁束の回り込みが低減されたことで、界面6A及び6Bにおける複雑な磁束の流れが抑制されて、中央の脚鉄部4における位相ズレが小さくなったためである。この結果、磁束同士が打ち消しあう度合いが下がったために、中央の脚鉄部4における総磁束量を一定とした場合に、必要となる磁束密度が下がる。これにより、本実施形態に係る積層鉄心1における鉄損は、比較例としての積層鉄心50における鉄損よりも減少したと言える。
As described above, FIG. 7 shows changes over time in the measured values of magnetic flux density at measurement points M C1 , M C2 , M C3 , M C4 , and M C5 . Similarly, FIG. 9 shows temporal changes in the measured values of the magnetic flux densities at the measurement point M E1 , the measurement point M E2 , the measurement point M E3 , the measurement point M E4 , and the measurement point M E5 . Comparing FIG. 7 and FIG. 9, the maximum value of the magnetic flux density shown in FIG. 7 exceeds one while the maximum value of the magnetic flux density shown in FIG. 9 is below one. That is, the maximum value of the magnetic flux density in the
1.6 第1実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
1.6 Effects of First Embodiment The following effects can be obtained in this embodiment.
本実施形態に係る積層鉄心1は、継鉄部2と、継鉄部2に対して垂直方向に配置され、第1の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層された脚鉄部4とを備え、継鉄部2は、第1の磁性の方向性とは垂直な第2の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層され、当該継鉄部2と脚鉄部4との界面6Aの一部を含む領域に設けられた凹部7Aを有する方向性部材と、方向性部材の凹部7Aにはめ込まれる、無方向性電磁鋼板が積層された無方向性部材8とを備える。
A
これにより、積層鉄心1は、従来の積層鉄心と比較して、簡便な手法で、鉄損をより低減できる。
As a result, the
また、本実施形態に係る積層鉄心1において、上述の継鉄部2は、第1継鉄部2Aであり、上述の方向性部材は第1方向性部材であり、上述の無方向性部材8は第1無方向性部材8Aであり、第2継鉄部2Bを備える。当該第2継鉄部2Bは、第2の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層されて構成される。当該第2継鉄部2Bと上述の脚鉄部4との界面6Bの一部を含む領域に設けられた凹部7Bを有する第2方向性部材と、第2方向性部材の凹部7Bにはめ込まれる、無方向性電磁鋼板が積層された第2無方向性部材8Bとを備えてもよい。
Further, in the
これにより、積層鉄心1を三相変圧器用の積層鉄心として使用することが可能となる。
This makes it possible to use the
また、本実施形態に係る積層鉄心1において、第1無方向性部材8Aと第2無方向性部材8Bは、界面6A及び6Bの全てを端面の一部としてもよい。
Further, in the
これにより、第1無方向性部材8Aと第2無方向性部材8Bとは、より多くの磁束を、脚鉄部4に誘導することが可能となる。
As a result, the first
また、本実施形態に係る積層鉄心1において、第1無方向性部材8Aと第2無方向性部材8Bの界面6A及び6Bに対して垂直な厚み方向の長さの最大値は、継鉄部2A及び2Bの界面6A及び6Bに対して垂直な厚み方向の長さの2分の1以下であってもよい。
Further, in the
これにより、磁束が継鉄部2A、外側の脚鉄部3A、継鉄部2B、及び外側の脚鉄部3Bを周回する際、無方向性部材8A及び8Bによって中央の脚鉄部4に誘導される度合いを、より低減することが可能となる。
As a result, when the magnetic flux circulates around the
また、本実施形態に係る積層鉄心1において、無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高くてもよい。
Moreover, in the
これにより、磁束が集中する無方向性部材8A及び8Bでの鉄損をより減少させることが可能となる。
This makes it possible to further reduce iron loss in the
また、本実施形態に係る積層鉄心1の無方向性電磁鋼板において、継鉄部2A及び2Bの長手方向での端部のケイ素含有率は、中央部のケイ素含有率よりも高くてもよい。
In addition, in the non-oriented electrical steel sheet of the
これにより、とりわけ磁束が集中する無方向性部材8のコーナー部での鉄損をより減少させることが可能となる。 As a result, it is possible to further reduce iron loss particularly at the corner portions of the non-directional member 8 where the magnetic flux concentrates.
また、本実施形態に係る変圧器は、上述の積層鉄心1と、積層鉄心1に巻き付けられる一次コイル及び二次コイルとを備える。
Also, the transformer according to the present embodiment includes the above-described
これにより、従来技術に比較して、より鉄損を減少させ、延いては変圧効率が高められた変圧器を実現することが可能となる。 As a result, it is possible to realize a transformer with a reduced iron loss and an improved transformation efficiency as compared with the conventional technology.
2.第2実施形態
以下、図10を参照することにより、第2実施形態に係る積層鉄心について説明する。
2. Second Embodiment Hereinafter, a laminated core according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
2.1 第2実施形態の構成
図10は、第2実施形態に係る三相三脚の積層鉄心1Aの構成図である。なお、以下では説明の簡略化のため、第2実施形態に係る積層鉄心1Aが、第1実施形態に係る積層鉄心1と異なる点について説明する。とりわけ、積層鉄心1Aと積層鉄心1とで同一の構成要素については同一の符号を用いると共に、主としてその機能に係る説明については省略することがある。
2.1 Configuration of Second Embodiment FIG. 10 is a configuration diagram of a three-phase three-legged
第2実施形態に係る積層鉄心1Aにおいては、第1実施形態に係る積層鉄心1とは異なり、無方向性部材8Aが、X2方向からX1方向に向かって、無方向性部材8P、無方向性部材8Q、及び無方向性部材8Rの3つに分割されている。同様に、無方向性部材8Bが、X2方向からX1方向に向かって、無方向性部材8S、無方向性部材8T、及び無方向性部材8Uの3つに分割されている。さらに、無方向性部材8P及び無方向性部材8Rを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、無方向性部材8Qを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高い。同様に、無方向性部材8S及び無方向性部材8Uを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、無方向性部材8Tを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高い。
In the
上述のように、無方向性部材8A及び8Bにおいて、X軸方向においての端部であると共に、界面6A及び6Bの近傍、すなわち界面6A及び6Bから所定の距離未満にあるコーナー部に磁束が集中することに起因して、当該コーナー部における鉄損が高くなりがちである。第2実施形態に係る積層鉄心1Aではこれに対応して、鉄損が高くなりがちな無方向性部材8P及び無方向性部材8Rを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率が、中央の無方向性部材8Qを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高くなっている。同様に、鉄損が高くなりがちな無方向性部材8S及び無方向性部材8Uを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率が、中央の無方向性部材8Tを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高くなっている。
As described above, in the
なお、図10に示す積層鉄心1Aでは、無方向性部材8Aは、無方向性部材8P、無方向性部材8Q、及び無方向性部材8Rの3つに分割されており、無方向性部材8Bは、無方向性部材8S、無方向性部材8T、及び無方向性部材8Uの3つに分割されているが、これは一例であって、これには限定されない。無方向性部材8A及び8Bは、任意の個数に分割することが可能である。
In the
2.2 第2実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
2.2 Effects of Second Embodiment The following effects can be obtained in this embodiment.
本実施形態に係る積層鉄心1Aの無方向性部材8Aを構成する無方向性電磁鋼板において、X軸方向での端部である、無方向性部材8P及び無方向性部材8Rを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、中央部である、無方向性部材8Qを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高い。同様に、無方向性部材8Bを構成する無方向性電磁鋼板において、X軸方向での端部である、無方向性部材8S及び無方向性部材8Uを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率は、中央部である、無方向性部材8Tを構成する無方向性電磁鋼板のケイ素含有率よりも高い。
In the non-oriented electrical steel sheets that constitute the
これにより、積層鉄心1Aは、とりわけ磁束が集中する無方向性部材8A及び8Bのコーナー部での鉄損をより減少させることができる。
As a result, the
3.第3実施形態
以下、図11を参照することにより、第3実施形態に係る積層鉄心について説明する。
3. Third Embodiment Hereinafter, a laminated core according to a third embodiment will be described with reference to FIG. 11 .
3.1 第3実施形態の構成
図11は、第3実施形態に係る三相三脚の積層鉄心1Bの構成図である。なお、以下では説明の簡略化のため、第3実施形態に係る積層鉄心1Bが、第1実施形態に係る積層鉄心1と異なる点について説明する。とりわけ、積層鉄心1Bと積層鉄心1とで同一の構成要素については同一の符号を用いると共に、主としてその機能に係る説明については省略することがある。
3.1 Configuration of Third Embodiment FIG. 11 is a configuration diagram of a three-phase three-phase
第3実施形態に係る積層鉄心1Bにおいては、第1実施形態に係る積層鉄心1とは異なり、図11のXZ平面において、継鉄部2A及び2Bの各々が、長方形の凹部7A及び7Bの代わりに、2つの三角形の凹部9A及び9Bと、2つの三角形の凹部9C及び9Dとを有する。これら凹部9A~9Dは、図面のXZ平面において、直角三角形となっている。より詳細には、この直角三角形は、界面6A及び6Bの端部を直角の頂点とすると共に、当該頂点を始点とする界面6A及び6Bの一部の線分を一辺とし、当該頂点を始点とすると共に界面6A及び6Bに対して垂直な線分を他の一辺とする。積層鉄心1Bにおいては、継鉄部2A及び2Bにおける合計4つの凹部9A~9Dの各々に、無方向性部材10A~10Dがはめ込まれる。
In a
なお、本明細書において、凹部9A~9Dを「凹部9」と総称することがある。同様に、無方向性部材10A~10Dを「無方向性部材10」と総称することがある。
In this specification, the
上述のように、無方向性部材8A及び8Bにおいて、継鉄部2のX軸方向での端部であると共に、界面6A及び6Bの近傍、すなわち界面6A及び6Bから所定の距離未満にあるコーナー部に磁束が集中することに起因して、当該コーナー部における鉄損が高くなりがちである。第3実施形態に係る積層鉄心1Bでは、方向性部材を構成する方向性電磁鋼板よりも、ケイ素含有率が高い無方向性電磁鋼板で構成される無方向性部材10A~10Dが当該コーナー部のみに配置される。
As described above, in the
3.2 第3実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
3.2 Effects of the Third Embodiment The following effects can be obtained in this embodiment.
本実施形態に係る積層鉄心1Bにおいて、第1無方向性部材10A及び10Bと第2無方向性部材10C及び10Dは、界面6A及び6Bの一部を端面の一部とする。
In the
これにより、積層鉄心1Bは、高コストなケイ素含有率が高い無方向性電磁鋼板の使用量を節約することで、積層鉄心1Bにおける鉄損の減少をより低コストで実現することができる。
As a result, the
4.第4実施形態
以下、図12を参照することにより、第4実施形態に係る積層鉄心について説明する。
4. Fourth Embodiment Hereinafter, a laminated core according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 12 .
4.1 第4実施形態の構成
図12は、第4実施形態に係る三相三脚の積層鉄心1Cの構成図である。なお、以下では説明の簡略化のため、第4実施形態に係る積層鉄心1Cが、第1実施形態に係る積層鉄心1と異なる点について説明する。とりわけ、積層鉄心1Cと積層鉄心1とで同一の構成要素については同一の符号を用いると共に、主としてその機能に係る説明については省略することがある。
4.1 Configuration of Fourth Embodiment FIG. 12 is a configuration diagram of a three-phase tripod laminated
第4実施形態に係る積層鉄心1Cにおいては、第1実施形態に係る積層鉄心1とは異なり、継鉄部2Aがその内部に備える無方向性部材11Aに加えて、継鉄部2Aと中央の脚鉄部4との外部において、継鉄部2AのZ1方向側の側面を第1端面、中央の脚鉄部4のX2方向側の側面を第2端面とするような無方向性部材12Aが設けられる。同様に、継鉄部2Aと中央の脚鉄部4との外部において、継鉄部2AのZ1方向側の側面を第1端面、中央の脚鉄部4のX1方向側の側面を第2端面とするような無方向性部材12Bが設けられる。同様に、継鉄部2Bがその内部に備える無方向性部材11Bに加えて、継鉄部2Bと中央の脚鉄部4との外部において、継鉄部2BのZ2方向側の側面を第1端面、中央の脚鉄部4のX2方向側の側面を第2端面とするような無方向性部材12Cが設けられる。同様に、継鉄部2Bと中央の脚鉄部4との外部において、継鉄部2BのZ2方向側の側面を第1端面、中央の脚鉄部4のX1方向側の側面を第2端面とするような無方向性部材12Dが設けられる。
Unlike the
さらに、無方向性部材12A及び12Bは、互いに垂直に位置する第1端面と第2端面との間に、第3端面として、第1端面と第2端面との交線側を凸とするような円筒面を備える。同様に、無方向性部材12C及び12Dは、互いに垂直に位置する第1端面と第2端面との間に、第3端面として、第1端面と第2端面との交線側を凸とするような円筒面を備える。
Further, the
また、図12のXZ平面において、継鉄部2Aの内部に備わる無方向性部材11Aは長方形であって、X軸方向の二辺のうちZ1方向側の辺は、界面6Aを含むと共に、無方向性部材12A及び12Bの第1端面のX軸方向の幅と、中央の脚鉄部4のX軸方向の幅との合計に一致することが好ましい。同様に、継鉄部2Bの内部に備わる無方向性部材11Bは長方形であって、X軸方向の二辺のうちZ2方向側の辺は、界面6Bを含むと共に、無方向性部材12C及び12Dの第1端面のX軸方向の幅と、中央の脚鉄部4のX軸方向の幅との合計に一致することが好ましい。
In the XZ plane of FIG. 12, the
なお、本明細書において、無方向性部材12A~12Dを「無方向性部材12」と総称することがある。
In this specification, the
また、無方向性部材12は、継鉄部2A及び2Bと中央の脚鉄部4とのT形接合部に限らず、さらに、継鉄部2A及び2Bと、外側の脚鉄部3との接合部に配置されてもよい。
Further, the non-directional member 12 is not limited to the T-shaped joint between the
4.2 第4実施形態が奏する効果
図3を参照して説明したように、積層鉄心を周回する磁束は、より近距離のルートを周回しようとする。そのため、図5に示されるように、無方向性部材8A及び8Bにおいて、X軸方向においての端部であると共に、界面6A及び6Bの近傍、すなわち界面6A及び6Bから所定の距離未満にあるコーナー部に磁束が集中することに起因して、当該コーナー部における鉄損が高くなりがちである。本実施形態に係る積層鉄心1Cは、磁束の集中するコーナー部に円筒面を含む無方向性部材12A~12Dが設けられることにより、コーナー部における磁束の集中を緩和させ、延いては鉄損を減少させることが可能となる。
4.2 Effects of the Fourth Embodiment As described with reference to FIG. 3, the magnetic flux that circulates in the laminated core tends to circulate in a shorter route. Therefore, as shown in FIG. 5, in the
1,1A,1B,1C…積層鉄心、2,2A,2B…継鉄部、2F,2G…接合部、3,3A,3B…外側の脚鉄部、4…中央の脚鉄部、5,5A,5B,5C…コイル部、6,6A,6…界面、7,7A,7B…凹部、7F,7G…接合部、8,8A,8B,8P,8Q,8R,8S,8T,8U…無方向性部材、9,9A,9B,9C,9D…凹部、10,10A,10B,10C,10D,11,11A,11B,12,12A,12B,12C,12D…無方向性部材、20,20A,20B…継鉄部、25,25A,25B…凹部、30,30A,30B…外側の脚鉄部、40…中央の脚鉄部、50…積層鉄心
1, 1A, 1B, 1C... laminated core, 2, 2A, 2B... yoke portion, 2F, 2G... joint portion, 3, 3A, 3B... outer leg iron portion, 4... central leg iron portion, 5, 5A, 5B, 5C... coil portion, 6, 6A, 6... interface, 7, 7A, 7B... concave portion, 7F, 7G... joint portion, 8, 8A, 8B, 8P, 8Q, 8R, 8S, 8T, 8U...
Claims (9)
前記継鉄部に対して垂直方向に配置され、第1の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層された脚鉄部とを備え、
前記継鉄部は、
前記第1の磁性の方向性とは垂直な第2の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層され、当該継鉄部と前記脚鉄部との界面の一部を含む領域に設けられた凹部を有する方向性部材と、
前記方向性部材の凹部にはめ込まれる、無方向性電磁鋼板が積層された無方向性部材とを備える、
積層鉄心。 yoke section;
a leg iron portion arranged in a direction perpendicular to the yoke portion and laminated with grain-oriented electrical steel sheets having a first magnetic orientation;
The yoke portion
A grain-oriented electrical steel sheet having a second magnetic orientation perpendicular to the first magnetic orientation is laminated and provided in a region including a part of the interface between the yoke portion and the leg iron portion. a directional member having a recessed portion;
a non-directional member in which non-oriented electrical steel sheets are laminated and which is fitted in the concave portion of the directional member;
Laminated core.
第2継鉄部を備え、
前記第2継鉄部は、
前記第2の磁性の方向性を有する方向性電磁鋼板が積層され、当該第2継鉄部と前記脚鉄部との界面の一部を含む領域に設けられた凹部を有する第2方向性部材と、
前記第2方向性部材の凹部にはめ込まれる、無方向性電磁鋼板が積層された第2無方向性部材とを備える、請求項1に記載の積層鉄心。 The yoke portion is a first yoke portion, the directional member is a first directional member, the non-directional member is a first non-directional member,
Equipped with a second yoke,
The second yoke portion is
A second direction-oriented member in which grain-oriented electrical steel sheets having the second directionality of magnetism are laminated and having a concave portion provided in a region including a part of an interface between the second yoke portion and the leg iron portion. When,
2. The laminated core according to claim 1, further comprising: a second non-directional member in which non-oriented electrical steel sheets are laminated and which is fitted in the concave portion of the second direction-oriented member.
前記積層鉄心に巻き付けられる一次コイル及び二次コイルとを備える、変圧器。 A laminated core according to any one of claims 1 to 8;
A transformer comprising a primary coil and a secondary coil wound around the laminated core.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240214 |