JP2777316B2 - 変圧器の鉄心とその製法 - Google Patents
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Description
えば、窓(すなわち、鉄心で囲まれた開口)を形成する
ように巻付けられた非晶質鋼ストリップの群を持つ鉄心
に関する。この発明はこの鉄心を作る方法にも関する。
54号には、非晶質鋼変圧器鉄心を作る方法が記載され
ている。この方法では、先ず、非晶質鋼ストリップの多
数の薄層を積層して「セクション」と称される積層体が
作られ、次いで2つのセクションを重ね合わせて「グル
ープ」または「群」と呼ばれる積重ね体が作られ、更に
複数の群を重ね合わせて「パケット」と呼ばれる積重ね
体が作られる。その後、複数の非晶質鋼ストリップのパ
ケットをアーバ(arbor)すなわち心棒の周りに巻
付けて、鉄心形成体が作られる。鉄心形成体を心棒から
取外した時、心棒があった場所に窓(すなわち開口)が
でき、パケットはこの窓を囲んでいる。
は、非晶質鋼ストリップの多数の薄層を積層して構成し
た複合ストリップ(すなわち、ストリップの積層体)か
ら形成される。この複合ストリップは、制御された長さ
を持つ複数の部分(すなわち、セクション)に切断され
る。各々のセクション内の複数の層は、それぞれの両端
に、幅方向(すなわち、長さ方向に対して横方向)に伸
びる縁、及び両端の幅方向の縁の相互間で計った長さ寸
法を持っている。各々の非晶質鋼ストリップの群は2つ
のセクションを重ね合わせることにより組立てられる。
米国特許第5,063,654号では、所定の群を形成
する2つのセクションが同じ長さに切断されて積重ねら
れ、各々の端に於ける層の幅方向の縁が積層方向(厚さ
方向)に揃っており、こうしてその両端に略平坦な四角
な端面が形成される。
上に述べた群を鉄心製造機械の心棒の周りに巻付けて鉄
心形成体を作った時、この群の一端では、この群を構成
する非晶質鋼ストリップの多数の層の幅方向の縁が積層
方向に実質的に揃った状態に保たれ、これにより群の一
端に略平坦な四角な端面が形成される。然し、群の他端
では、群を構成する多数の層の幅方向の縁が、内側の層
の場合に較べて、外側の層では、鉄心形成体の円周が一
層大きくなる結果、ずれて来る。このずれの結果、この
群の幅方向の縁は、この出願の図1及び2の52に示す
様に、全体形状として厚さ方向(積層方向)に対して斜
め切りした形になる、すなわち傾斜した端面を形成す
る。
た端面が、継目が重ね継ぎ(lapjoint)であろ
うと突合せ継ぎ(butt joint)であろうと、
鉄心損失の観点から不利であることが判った。重ね継ぎ
の場合、各群の端同士がオーバーラップして(重なり合
って)重ね継ぎを形成するが、この傾斜した端面は、磁
気回路内で、理想的な磁束の伝導を行うのに重要なまさ
にその場所において必要とされる鋼の量を少なくすると
考えられる。突合せ継ぎの場合、傾斜した端面は、突合
わさる群の端同士の間に比較的大きなV字形のすき間を
持込み、このすき間はぴったりと突き合わさった端同士
の間の理想的な磁束の伝導を減ずる。
制御された長さに切断された非晶質鋼ストリップの多数
の層より成る群を鉄心の窓を囲むように巻付けることに
よって作られる非晶質鋼の鉄心において、群の端同士の
間に鉄心損失が例外的に低い継目を提供することであ
る。別の目的は、前段に述べた種類の鉄心において、前
述の米国特許第5,063,654号の鉄心におけるよ
うに各群の一端にただ1つの傾斜した端面を持つ重 ね継
ぎと比べて、オーバーラップの距離が同じであると仮定
して、鉄心損失が一層小さい重ね継ぎを提供することで
ある。
バーラップを、米国特許第5,063,654号の重ね
継ぎと比べて一層少なくし、且つ鉄心損失が該米国特許
の重ね継ぎと比べて一層大きくならないようにすること
である。各々の重ね継ぎに存在するオーバーラップの程
度を減少することにより、鉄心の所定の長さの中により
多くの重ね継ぎを存在させることが出来、こうして鉄心
内の重ね継ぎが設けられる場所に通常生じる盛上り(す
なわち、端同士のオーバーラップにより生じる鉄心の重
ね継ぎ領域における積層方向の厚さの増加)の寸法を減
少する。
窓を囲むように巻付けられた非晶質鋼ストリップの重ね
合された群で構成される変圧器の鉄心が提供される。各
々の群は重ね合う様に配置された2つの部分(セクショ
ン)すなわち内側セクション及び外側セクションで構成
され、各セクションは非晶質鋼ストリップの多数の薄層
を積層することにより構成される。1つのセクションに
ある各々の層は、このセクションの両端に幅方向の縁を
持つと共に、該セクションの両端にある幅方向の縁の間
で計ったある長さ寸法を持っている。更に鉄心は、1つ
の群の内側セクションにある層が略同じ長さを持ち、こ
の群の外側セクションにある層が、内側セクションにあ
る層の長さよりも一層長く且つ略相等しい長さを持つこ
とを特徴としている。各群の一端では、この群内にある
全ての層の幅方向の縁が積層方向に実質的に揃えられ
て、該群の前記一端に積層方向に略平坦な端面を形成す
る。各群の他端では、(1)内側セクションにある層の
幅方向の縁がこの内側セクションの積層方向に対して傾
斜した端面を形成する様に配置され、(2)外側セクシ
ョンにある層の幅方向の縁はこの外側セクションの積層
方向に対して傾斜した端面を形成する様に配置され、
(3)外側セクションの傾斜した端面は内側セクション
の傾斜した端面の直ぐ外側に位置するように配置され
る。
群の他端とオーバーラップして、群の端の間に重ね継ぎ
を形成し、各群のオーバーラップする端が、この群の内
側及び外側セクションの傾斜した端面を含む。また、こ
の群の傾斜した端面が、その半径方向外側に巻き付けら
れた次の群の積層方向に略平坦な端面に直ぐ隣接して配
置される。この発明の方法を1形式で実施する時、非晶
質鋼ストリップの多くの薄層で構成された複合ストリッ
プから、各群を形成する上に述べたセクションを取出
す。1つのセクションは、複合ストリップを切断して予
定の長さを持つセクションを形成することによって取出
され、他のセクションは、複合ストリップを切断して、
この予定の長さより一層大きい長さを持つセクションを
形成することによって取出される。これらの2つのセク
ションを積重ねて1つの群を形成し、その際(1)2つ
のセクションの一端では、それらの縁を積層方向に実質
的に揃えて、該一端に積層方向に略平坦な端面を形成
し、(2)2つのセクションの他端では、各々のセクシ
ョンの中にある縁を積層方向に実質的に揃えるが、一方
のセクションの縁は他方のセクションの縁に対してずら
す。その後、(1)群の一端では略平坦な端面の形を保
つと共に、(2)長い方のセクションを他方のセクショ
ンより半径方向外側に置いて、この群を心棒の周りに巻
付ける。巻付けた結果、群の他端では、2つのセクショ
ンの各々が積層方向に対して傾斜した端面を作り、外側
の方のセクションの傾斜した端面は内側の方のセクショ
ンの傾斜した端面の直ぐ外側に位置する。
鉄心は、非晶質鋼ストリップ材料の複数個のパケットを
鉄心製造機械の心棒の周りに巻付けることによって作ら
れる。従来の典型的な形の1つのパケットが図3及び4
の10に示されており、こう云うパケットを用いて作ら
れた鉄心が図1の12に示されている。図3及び4に示
すパケットは、非晶質鋼ストリップ材料の3つの群14
で構成される。各群は重なり合う様に積重ねられた非晶
質鋼ストリップの多くの薄層16で構成されている。各
層は両側の長さ方向に伸びる縁18及び両端にある幅方
向に伸びる縁20を有する。図3及び4に示す従来の構
成では、各群にある層16は各々の側にある長さ方向の
縁18を積層方向に揃える様に配置し、群の各々の端に
ある幅方向の縁20を積層方向に揃える様に配置する。
願された米国特許出願通し番号第623,265号に記
載されている様なベルト・ネスティング(belt-nestin
g)形の鉄心製造機械を使うことが好ましい。この機械
のある特徴が図9に全体的に例示されている。例えば、
図9の機械はベルト・ネスティング装置21を持ち、こ
の中に上に述べたパケット10をコンベヤ装置22で送
り込む。このコンベヤ装置はベルト駆動部23を持ち、
それがパケットを矢印24の方向に運ぶ。ベルト・ネス
ティング装置21は、水平軸線を持っていて、可撓性ベ
ルト26が巻かれた回転自在の心棒25を有する。スト
リップの個々のパケット10がベルトと心棒の間の空間
に案内され、そこで、ベルト26が矢印27の方向に移
動して、心棒を反時計廻りに回転させる時、心棒の周り
に巻付けられる。ストリップのパケットがベルトと心棒
の間の空間に入る場所には、垂直方向に隔たる2つの前
側ローラ30,32があり、ベルト26はこれらのロー
ラの周りに部分的に巻付けられる。薄い案内部35が、
ローラの間のすき間に入る時のパケットを全体的に上向
きに差向ける。ローラ30,32は、ベルト26に対す
る案内ローラとして作用し、固定軸に回転自在に装着さ
れている。前掲の米国特許出願通し番号第623,26
5号に示されている様に、ベルト26は無端の可撓性ベ
ルトであって、一連の別の案内ローラ、張力をかける為
のローラ、及びモータによって駆動される滑車(これら
はどれも図面には示してない)の周りを通って心棒25
及び案内ローラ30,32の外部を通り、ベルトを図示
の様に適当に駆動することが出来る様になっている。心
棒25が軸34に支持されており、この軸は不動の支持
部材38の溝孔36に摺動自在に取付けられている。心
棒の周りに鉄心形成体が作られている時、ベルトに張力
をかける装置(図に示してない)の対向する偏圧に逆ら
って、軸34を溝孔36内で強制的に左へ移動させ、こ
うして、ストリップの新しいパケットが心棒上へ供給さ
れる為の場所を作る。前記の米国出願には、個々のパケ
ットがどの様にベルト・ネスティング装置に送り込ま
れ、一度に1つずつ、心棒の周りに巻付けられるかが詳
しく説明されている。
構成のトロイドが形成された後、このトロイドをベルト
・ネスティング装置の心棒25から取外し、鉄心整形装
置(図に示してない)等によって普通の方法で適当に整
形する。この鉄心整形装置では、適当な形の工具を鉄心
の窓に挿入して、強制的に引き離す。その後、整形され
た鉄心の型が焼鈍炉内に配置され、そこで加熱され、そ
の後ゆっくりと冷却して、非晶質鋼ストリップ材料の応
力を除去する。こう云う整形及び焼鈍工程は共に普通で
あり、図面には示してない。
の中にある各々の群14は、各層が約0.001吋の厚
さである様な非晶質鋼ストリップの30層を有する。こ
う云う群は、1つ以上の連続した長い複合ストリップ
(図に示してない)から取出される。典型的には、この
複合ストリップは15層の厚さである。必要な長さを持
つ2つのセクションが複合ストリップから切断され、こ
れらの2つのセクション(図3の42に示す)が積重ね
られて、群14を形成する。従来の典型的な方式は、1
つの群を構成する2つのセクション42の各々を同じ長
さに切断し、群の両端にある幅方向の縁20が積層方向
に揃う様に、2つの部分を積重ねるものである。従っ
て、図3及び4に示す様に、群14が心棒に未だ巻付け
てない平らな状態にある時、群内の全ての層の幅方向の
縁20は積層方向に揃っている。
を構成する2つのセクション42が同じ長さに切断され
るが、鉄心が次第に積重ねられていることの埋合せとし
て、群は異なる長さに切断される。更に詳しく云うと、
鉄心の半径方向外向き(又は図3で下から上に)見て、
各々の群は直前の群よりも、Tを直前の群の厚さとし
て、2πTの分だけ一層長く作られる。直前の群がスト
リップ30枚の群であって、各々のストリップが0.0
01吋の厚さを持つ場合、次に続く群は2π×30×
0.001、即ち0.188吋だけ一層長くする。この
為、追加の群を含めたことによって、鉄心が組立てられ
て行く時、各々の群は鉄心の次第に長くなる円周を取巻
くのに十分な長さになる。
ットを作る時、中間の群14は下の群よりも0.188
吋長く、上の群14は中間の群よりも0.188吋長
い。これは、下の群が、最終的な鉄心で鉄心の窓に一番
近いものであり、上側の群が鉄心の窓から半径方向に一
番遠く外側にあるものと仮定している。これまでの2段
で述べた様に群14の寸法を定めて用いる時、最終的な
鉄心の継目は、図1及び2に示す様な外観になる。詳し
く云うと、各群の一端では、群内の全ての層の幅方向の
縁が積層方向に揃えられて(50に示す様に)略平坦な
四角な端面を形成し、群の他端では、その群内の層の縁
は(52に示す様に)積層方向に対して傾斜した端面を
形成する様に位置する。
斜した端面を持つ構成は、各群の両端をオーバーラップ
させて形成する重ね継ぎの場合でも、鉄心損失の観点か
ら改良の余地を残すことが判った。各群が1つの傾斜し
た端面を持つ構成は、磁気回路内で、理想的な磁束の伝
導を行うのに重要なまさにその場所(継目)において必
要とされる鋼の量を少なくすると考えられる。この発明
では、図5及び6に示す様に、群及びその結果得られる
重ね継ぎを変更することにより、鉄心損失を減少するこ
とが出来ることが判った。図5及び6で、図1乃至4に
示したのと同様な部分に対応する部分には、同じ参照数
字の前に1を付して示してある。具体的に云うと、図5
には、3つの群114を積重ねて構成したパケット11
0が示されており、各々の群は2つのセクション142
a,142bで構成され、各セクションは1層当たり約
0.001吋の厚さを持つ薄い非晶質鋼ストリップの多
くの層116(例えば15層)で構成されている。個々
の各々のセクション142a又は142bでは、層11
6は(そのセクションの両端にある幅方向の縁120の
間で計って)同じ長さを持ち、セクションの両端では幅
方向の縁120が積層方向に揃えられている。然し、1
つの群を形成する相異なる2つのセクション142a,
142bにある層は、図1乃至4に示す様に同じ長さで
はない。具体的に云うと、図5に示す各々の群114で
は、上側セクション142bにある層116の長さは、
下側セクション142aにある層116の長さより長
い。好ましい実施例では、この長さの違いは、Tを下側
セクション142aの厚さとして、2πTである。即
ち、各々のセクション142a,142bの厚さがスト
リップ15枚である場合、上側セクション142bの層
の長さは、2π×0.015吋、即ち、0.094吋だ
け、下側セクション142aにある層の長さより長い。
この長さの違いを図5ではxで示してある。
側セクション142aは、Tを下側の群114の上側セ
クション142bの厚さとして、2πT分だけ、該下側
の群114の上側セクション142bより長くしてあ
る。Tが0.015に等しいから、長さの違いは0.0
94吋である。同様に、上側の群114の下側セクショ
ン142aは中間の群の上側セクションよりも、0.0
94吋分だけ長くしてある。従って、パケット全体にわ
たり、上向きに見て、相次ぐ各々のセクションが、その
直ぐ下にあるセクションよりも0.094吋長くなって
いることは明らかである。
機械の心棒の周りに巻付けた時、鉄心の型にある重ね継
ぎは図6に示す形になる。巻付けた群の一端では、2つ
のセクションにある層の全ての縁が、図6に示す様に積
層方向に略平坦な端面150を形成する様に積層方向に
揃えられる。然し、巻付けた群の他端では、内側セクシ
ョン142aの縁がずれて第1の傾斜した端面152a
を形成し、外側セクション142bの縁がずれて第2の
傾斜した端面152bを形成する。外側セクションの傾
斜した端面152bは、図6に一番よく示されている様
に、内側セクションの傾斜した端面152aの直ぐ外側
に位置する。
距離yに対し、図6の縁の構成では、図2の従来の継目
の場合よりも、図6の継目で重要なオーバーラップ領域
に一層多くの鋼が存在する結果になることは明らかであ
る。この領域にある余分の鋼が、群の重ね合せた両端の
間を通る磁束を層の間で一層よく分担する様にし、こう
してこの磁束がこの領域で層を磁気飽和させる惧れを減
少する。従って、群の両端の間の所定のオーバーラップ
距離に対し、図6の継目は図2の継目よりも鉄心損失が
一層小さくなる。
能でも満足し得る。こう云う用途でも、図6の継目に於
ける鉄心損失が図2の継目に於ける鉄心損失と等しくな
る程度まで、図6の寸法yを減少することにより、この
発明を有利に利用することが出来る。この様に、各々の
継目に必要なスペースが減少することにより、所定の長
さの鉄心内により多くの継目を取入れることが出来る。
従って、この発明では、鉄心損失を増加せずに、鉄心の
各々のパケット内により多くの群を取入れることが出来
る。各々のパケットにある群が多くなれば、鉄心内のパ
ケットの数を減らすことが出来る。鉄心内のパケットの
数を減らすことは、鉄心内の重ね継ぎが設けられる場所
に通常生じる盛上り(すなわち、鉄心の重ね継ぎ領域に
おける積層方向の厚さの増加または隆起)の寸法を減少
できる点で有利である。
た端面を持つ構造は、上に述べた様な重ね継ぎ形の鉄心
に対して有利であるだけでなく、突合せ継目形の鉄心に
対しても有利である。図7及び8は突合せ継目形の鉄心
を示しており、図8は従来の構成を示し、図7はこの発
明を用いた構成を示す。この何れの突合せ継目形の鉄心
でも、かなりの磁束は各群の整列した両端の間を直接的
に通る。両端の間が密に接近すればするほど、この継目
の鉄心損失が小さくなる。図7の二重の傾斜した端面を
持つ構成は、傾斜した端面152bを略平坦な四角な端
面150に密に接近させて配置することが出来る様に
し、こうして図8の従来の構造で例示される様な傾斜し
た端面152b及び152a同士が上下に重なる様に位
置していない構造に較べて、この継目領域に於けるすき
間の実効長が減少する。
明したが、当業者であれば、広義に見たこの発明を逸脱
せずに、種々の変更を加えることが出来ることは明らか
であろう。従って、この様な変更は、この発明の範囲内
に属するものと解されたい。
むヨーク部分の断面図。
に使われる非晶質金属ストリップのパケットの拡大側面
図。
造する時に使われる非晶質鋼ストリップのパケットの拡
大側面図。
の一端が他端にオーバーラップするように図5のパケッ
トを鉄心の窓の周りに巻付けた時に出来る重ね継ぎの拡
大図。
い様な寸法で鉄心の窓を囲むように図5のパケットを巻
付けた時に出来る突合せ継目の拡大図。
る為に使われるベルト・ネスティング形の鉄心製造機械
の略図。
Claims (5)
- 【請求項1】 窓を形成する様に巻付けられて積重ねら
れた非晶質鋼ストリップの複数の群を有し、各群が重ね
合せて配置された内側セクション及び外側セクションを
持ち、各セクションが積層した非晶質高ストリップの多
数の薄い層で構成されている変圧器鉄心に於て、各セクション内の各々の層は、該セクションの両端にそ
の幅方向に伸びる縁(以下、「幅方向の縁」と呼ぶ)を
持つと共に、該セクションの両端の幅方向の縁の間で計
った長さ寸法を持ち、 各群の内側セクション内の層は略同じ長さを持ち、また
該群の外側セクション内の層は、内側セクション内の層
の長さよりも一層長く且つ略相等しい長さを持ち、 各群の一端では、該群内にある全ての層の幅方向の縁が
その積層方向に実質的に揃えられていて、該群の前記一
端で積層方向に略平坦な端面を形成しており、 各群の他端では、前記内側セクション内の層の幅方向の
縁が積層方向に対して傾斜した端面を形成する様に配置
されていると共に、前記外側セクション内の層の幅方向
の縁が積層方向に対して傾斜した端面を形成する様に配
置されており、 更に、前記外側セクションの傾斜した端
面が前記内側セクションの傾斜した端面の直ぐ外側に位
置していることを特徴とする変圧器鉄心 。 - 【請求項2】 各群の両端がオーバーラップして、これ
らの両端の間に重ね継ぎを形成し、各群のオーバーラッ
プした端の一方の端は内側及び外側セクションの傾斜し
た端面を含み、該群のこれらの傾斜した端面がその半径
方向外側に次に巻き付けられた群の前記略平坦な端面を
持つ端と略突合わさる関係に配置されている請求項1記
載の変圧器鉄心。 - 【請求項3】 各群の両端が実質的に対向して整列した
状態に配置されており、前記内側及び外側セクションの
傾斜した端面を含んでいる方の各群の一端が、該群の他
端にある前記略平坦な端面と略突合わさる関係に配置さ
れている請求項1記載の変圧器鉄心。 - 【請求項4】 変圧器鉄心が窓を形成する様に巻付けら
れて積重ねられた非晶質鋼ストリップの複数の群を有
し、各群が重ね合せて配置された内側セクション及び外
側セクションを持ち、各セクションが積層した非晶質高
ストリップの多数の薄い層で構成されている場合に、該
変圧器鉄心を作る方法に於て、(a)非晶質鋼ストリップの多数の薄層を積層して構成
された複合ストリップを用意し、 (b) 該複合ストリップを切断して、該複合ストリップ
から予定の長さを持つ第1のセクションを切離し、(c) 再び前記複合ストリップを切断して、該複合スト
リップから前記予定の長さより実質的に一層大きい長さ
を持つ第2のセクションを切離し、(d)前記2つのセクションを積重ねて1つの群を形成
し、その際、該群の前記2つのセクションの一端でそれ
らの縁を積層方向に実質的に揃えて、該一端に積層方向
に略平坦な端面を形成することにより、前記2つのセク
ションの他端で各々のセクション内の縁が積層方向に実
質的に揃っているが、一方のセクションの縁が他方のセ
クションの縁に対してずれる様にし、 (e)前記群の一端で前記略平坦な端面を保つと共に、
前記2つのセクションの長い方のセクションが短い方の
セクションより半径方向外側に配置される様にして、前
記群を心棒の周りに巻付け 、こうして前記2つのセクシ
ョンの各々に積層方向に対して傾斜した端面を作り、外
側のセクションにある傾斜した端面が内側のセクション
にある傾斜した端面の直ぐ外側に位置する様にする各工
程を含むことを特徴とする変圧器鉄心を作る方法。 - 【請求項5】 前記工程(b)及び(c)と対応する工
程により、前記複合ストリップから別の対のセクション
を取出し、 前記工程(d)に従って、該別の対のセクションを積重
ねて別の群を形成し、 前記請求項7記載の群及び前記別の群を長さ方向にずら
して積重ねてパケットを形成し、 前記工程(e)に従って、前記別の群の各々の一端で略
平坦な端面を保つと共に、各々の別の群の長い方のセク
ションが該群の他方のセクションより半径方向外側に配
置される様にして、前記パケットを前記心棒の周りに巻
付け、こうして 各々の別の群で、各々の該別の群にある
2つのセクションの各々に傾斜した端面を作り、その外
側のセクションの傾斜した端面が内側のセクションの傾
斜した端面の直ぐ外側に位置する様にする工程を更に含
んでいる請求項4記載の方法 。
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