JP3776748B2 - 積層鉄心及びその製造方法並びに変圧器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪素綱帯を用いた積層鉄心及びその製造方法並びに積層鉄心を用いた変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の変圧器に用いられる三相三脚の積層鉄心を示す。即ち、積層鉄心１は、左、右の脚部２、２、中央脚部３及び上、下の継鉄部４、４を接合して構成されており、これらは、珪素綱帯を所定枚数積層して構成されている。鉄損特性をを改善した珪素綱帯としては、圧延方向の磁化特性が良好な一方向性珪素綱帯があり、例えば、電力用変圧器においては、一般に一方向性珪素綱帯が使用されている。図６においては、脚部２、中央脚部３及び継鉄部４の圧延方向を矢印Ａ、Ｂ及びＣで示す。
【０００３】
又、一方向性珪素綱帯の特性を最大限に活用するために、図６においては、脚部２及び継鉄部４の接合部を斜めに切断し、磁束ができるだけ圧延方向（磁化容易方向）に通るようにしている。そして、三相三脚の積層鉄心１においては、中央脚部３と継鉄部４との接合部はＴ形接合部５を構成しており、このＴ形接合部５においても、磁束の通りをよくするために、斜め切断が採用されている。具体的には、中央脚部３の端部を略三角山形に切断し、継鉄部４の中央部を略Ｖ形に切欠切断するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、図７に示すように、左、右の脚部２、２を磁束６が循環する励磁位相の時には、その磁束６がＴ形接合部５の圧延方向に沿う形で中央脚部３に侵入する。この磁束６の中央脚部３への侵入は、Ｔ形接合部５の鉄損や励磁騒音の増大を招き、高価な一方向性珪素鋼板を用いているにも関わらず鉄心としての特性低下を招いていた。
【０００５】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｔ形接合部の磁束の流れを改善することにより当該接合部の鉄損や励磁騒音の増大を極力抑制することができる積層鉄心、及び、その積層鉄心の合理的な製造方法、並びに、上記積層鉄心を用いた変圧器を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の積層鉄心は、脚部と継鉄部とのなすＴ形接合部に、前記脚部の端部に略Ｖ形の切欠部を形成すると共に前記継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで形成し、それら切欠部に二方向性珪素綱帯の切片を嵌合して用い、その他の部分には一方向性珪素綱帯を用いたところに特徴を有する。
このような構成によれば、脚部と継鉄部とのなすＴ形接合部に二方向性珪素綱帯を用いたので、磁束がＴ形接合部を構成する脚部を通らない励磁位相の時にその磁束が脚部に侵入することを極力防止することができ、従って、Ｔ形接合部において発生する鉄損や励磁騒音を低減することができる。
【０００７】
請求項２記載の積層鉄心は、脚部と継鉄部とのなすＴ形接合部に、前記継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで形成し、前記脚部の端部に二方向性珪素綱帯の切片の一端側を接合すると共に前記継鉄部の前記切欠部に前記二方向性珪素綱帯の切片の他端側を嵌合して用い、その他の部分には一方向性珪素綱帯を用いたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３記載の積層鉄心は、二方向性珪素綱帯は略三角形状又は四角形状の切片とし、この切片と接合する脚部及び継鉄部に部分的なラップ代を設けたところに特徴を有する。
このような構成によれば、切片とラップ代の存在により脚部と継鉄部とを合理的に組合わせることができる。
【０００９】
請求項４記載の積層鉄心は、二方向性珪素綱帯の切片の二つの方向のうち、一方は脚部の方向に及び他方は継鉄部の方向に夫々略一致しているところに特徴を有する。
このような構成によれば、Ｔ形接合部を構成する脚部を磁束が通らない励磁位相の時とその脚部を磁束が通る励磁位相の時との双方に効果的に対処することができて、いずれの時にも磁束を通したい方向に円滑に通すことができる。
【００１０】
請求項５記載の積層鉄心は、二方向性珪素綱帯の脚部の端部に略三角形状の嵌合部を形成すると共に、一方向性珪素綱帯の継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで形成し、前記嵌合部を前記切欠部に嵌合して前記脚部と前記継鉄部とをＴ形に接合してなる構成に特徴を有する。
このような構成によれば、請求項１と同様の作用効果が得られ、しかも、形態上は従来と変わりはないので、構成がシンプルになる。
【００１１】
請求項６記載の積層鉄心の製造方法は、Ｔ形接合部を構成する脚部の端部に略Ｖ形の切欠部を設けると共にＴ形接合部を構成する継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで設け、前記脚部の前記切欠部に二方向性珪素綱帯の切片を嵌合して装着し、しかる後、前記継鉄部の前記切欠部を組合わせるようにしたところに特徴を有する。
このような構成によれば、積層鉄心を合理的に製造することができる。
【００１２】
請求項７記載の積層鉄心の製造方法は、Ｔ形接合部を構成する継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで設け、前記脚部の端部に二方向性珪素綱帯の切片を接合して装着し、しかる後、前記継鉄部の前記切欠部を組合わせるようにしたところに特徴を有する。
請求項８記載の積層鉄心の製造方法は、Ｔ形接合部を構成する継鉄部に略Ｖ形の切欠部を設け、この切欠部に二方向性珪素綱帯の切片を装着し、しかる後、脚部を組合わせるようにしたところに特徴を有する。
このような構成によっても、請求項６及び７と同様の効果を得ることができる。
請求項９記載の変圧器は、請求項１乃至５のいずれかに記載の積層鉄心を用いたところに特徴を有する。
このような構成によれば、電力損失の低減を図ることができて、電力消費量を節減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例につき、図１乃至図３を参照して説明する。
まず、図１には変圧器に用いられる三相三脚の積層鉄心を示す。即ち、積層鉄心１０は、左、右の脚部１１、１１、中央脚部１２及び上、下の継鉄部１３、１３を接合して構成されており、これらは、厚さ０．２３乃至０．３ｍｍ程度の一方向性珪素綱帯を所定枚数積層して構成されている。図１においては、脚部１１、中央脚部１２及び継鉄部１３の圧延方向（磁化容易方向）を矢印Ａ、Ｂ及びＣで示す。
【００１４】
脚部１１と継鉄部１３との接合部は、互いの端部を斜めに切断し且つその継目が積層毎に交互にずれて重なるように部分的なラップ代１４が設けられていて、ラップジョイント方式が採用されている。中央脚部１２と継鉄部１３との接合部は、Ｔ形接合部１５に構成されている。Ｔ形接合部１５は、具体的には、中央脚部１２の端部に略Ｖ形の切欠部１６が形成され、継鉄部１２の中央部に略Ｖ形の切欠部１７が形成され、これらの切欠部１６、１７に略四角形状の切片１８が嵌合されて構成されている。この場合、切片１８は、直交する圧延方向ｂ、ｃを有する厚さ０．２３乃至０．３ｍｍ程度の二方向性珪素綱帯を所定枚数積層して構成されており、中央脚部１２及び継鉄部１３には夫々の継目が積層毎に交互にずれて重なるように部分的なラップ代１９、２０が設けられていて、ラップジョイント方式が採用されている。そして、切片１８の二つの圧延方向ｂ、ｃにおいて、一方の圧延方向ｂは中央脚部１２の圧延方向Ｂと略一致し、他方の圧延方向ｃは継鉄部１３圧延方向Ｃと略一致するように設定されている。
【００１５】
尚、二方向性珪素綱帯は、例えば回転電機のような磁束が複雑に変動する電気機器の鉄心に用いられるもので、無方向性珪素綱帯に比べて鉄損を低減することができるものとして知られている。
【００１６】
次に、この積層鉄心１０の第１の製造方法及び該積層鉄心１０を用いた変圧器について図２を参照して説明する。
図２には、下部の継鉄部１３の左、右の両端部に左、右の脚部１１、１１の下端部が接合され、下部の継鉄部１３の中央部に中央脚部１２の下端部が下部の切片１８を介して接合され、そして、中央脚部１２の上端部の切欠部１６に上部の切片１８の下半部が嵌合装着された状態が示されている。この状態において、左、右の脚部１１、１１及び中央脚部１２に、一次巻線及び二次巻線を同心状に巻回してなる円筒状の巻線体（いずれも図示せず）が上方から嵌込み装着され、しかる後、上部の継鉄部１３の左、右の両端部が左、右の脚部１１、１１の上端部に接合され、且つ、切欠部１７が上部の切片１８の上半部に嵌合装着されることにより、上部の継鉄部１３が左、右の脚部１１、１１及び中央脚部１２に組合わされ、以て、変圧器本体が構成される。そして、この変圧器本体が絶縁ガス或いは絶縁油とともにタンク内に収納されて変圧器が構成される。
【００１７】
更に、積層鉄心１０の第２の製造方法及び該積層鉄心１０を用いた変圧器について図３を参照して説明する。
図３には、下部の継鉄部１３の左、右の両端部に左、右の脚部１１、１１の下端部が接合され、下部の継鉄部１３の中央部に中央脚部１２の下端部が下部の切片１８を介して接合され、そして、上部の継鉄部１３の切欠部１７に上部の切片１８の上半部が嵌合装着された状態が示されている。この状態において、左、右の脚部１１、１１及び中央脚部１２に、一次巻線及び二次巻線を同心状に巻回してなる円筒状の巻線体が上方から嵌込み装着され、しかる後、上部の継鉄部１３の左、右の両端部が左、右の脚部１１、１１の上端部に接合され、且つ、上部の切片１８の下半部が中央脚部１２の上部の切欠部１６に嵌合装着されることにより、上部の継鉄部１３に左、右の脚部１１、１１及び中央脚部１２が組合わされ、以て、変圧器本体が構成される。そして、この変圧器本体が絶縁ガス或いは絶縁油とともにタンク内に収納されて変圧器が構成される。
【００１８】
このように本実施例によれば、中央脚部１２と継鉄部１３とのなすＴ形接合部１５の切片１８に二方向性珪素鋼帯を用い、その他の部分たる脚部１１、中央脚部１２及び継鉄部１３に一方向性珪素鋼帯を用いるようにしたので、磁束が左、右の脚部１１、１１を循環する換言すれば中央脚部１２を通らない励磁位相の時において、磁束が切片１８の圧延方向ｃに通り易くなって、中央脚部１２に侵入することを極力防止することができ、従って、Ｔ形接合部１５において発生する鉄損や励磁騒音を低減することができる。
【００１９】
又、Ｔ形接合部１５の二方向性珪素綱帯からなる切片１８を略四角形状とし、この切片１８と接合する中央脚部１２及び継鉄部１３の切欠部１６及び１７に部分的なラップ代１９及び２０を設けようにしたので、中央脚部１２と継鉄部１３とを位置ずれなく合理的に組合わせることができる。
【００２０】
更に、Ｔ形接合部１５の切片１８の二つの圧延方向ｂ、ｃのうち、一方の圧延方向ｂを中央脚部１２の圧延方向Ｂと略一致させ、他方の圧延方向ｃを継鉄部１３の圧延方向Ｃと略一致させるようにしたので、Ｔ形接合部１５を構成する中央脚部１２を磁束が通らない（左、右の脚部１１、１１を磁束が循環する）励磁位相の時とその中央脚部１２を磁束が通る励磁位相の時との双方の時に効果的に対処することができて、いずれの時にも磁束を通したい方向に円滑に通すことができる。
【００２１】
しかも、積層鉄心１０の組立て製造に際しては、図２に示すように、中央脚部１２の上部の切欠部１６に切片１８を装着した状態で上部の継鉄部１３を左、右の脚部１１、１１及び中央脚部１２に組合わせ、或いは、図３に示すように、上部の継鉄部１３の切欠部１７に切片１８を装着した状態で左、右の脚部１１、１１及び中央脚部１２を上部の継鉄部１３に組合わせるようにしたので、積層鉄心１０を合理的に製造することができる。
【００２２】
そして、上記構成の積層鉄心１０に一次巻線及びに二次巻線からなる巻線体を巻装して変圧器本体を構成し、この変圧器本体を絶縁ガス或いは絶縁油とともにタンク内に収納して変圧器を構成するようにしたので、変圧器として電力損失の低減を図ることができ、電力消費量を節減し得る。
【００２３】
図４は本発明の第２の実施例であり、図１と同一部分には同一符号を付して示し、以下異なる部分について説明する。
積層鉄心２１において、継鉄部１３とＴ形接合部２２を構成する中央脚部２３の端部は、前記中央脚部１３とは異なり平坦面をなしている。この中央脚部２３も厚さ０．２３乃至０．３ｍｍの一方向性珪素綱帯を所定枚数積層して構成されており、圧延方向を符号Ｂで示す。切片１８に代わる切片２４は、略三角形状に形成されたもので、底辺部が中央脚部２３の端部に接合され、二辺部が継鉄部１３の切欠部１７に嵌合されている。この場合、切片２４は、直交する圧延方向ｂ、ｃを有する厚さ０．２３乃至０．３ｍｍ程度の二方向性珪素綱帯を所定枚数積層して構成されており、中央脚部２３及び継鉄部１３には夫々の継目が積層毎に交互にずれて重なるように部分的なラップ代２５、２６が設けられていて、ラップジョイント方式が採用されている。そして、切片２４の二つの圧延方向ｂ、ｃにおいて、一方の圧延方向ｂは中央脚部２３の圧延方向Ｂと略一致し、他方の圧延方向ｃは継鉄部１３の圧延方向Ｃと略一致するように設定されている。
【００２４】
而して、積層鉄心２１を組立て製造する第１の製造方法としては、例えば図２に示すと同様に、下部の継鉄部１３の左、右の両端部に左、右の脚部１１、１１の下端部が接合され、下部の継鉄部１３の中央部に中央脚部２３の下端部が下部の切片２４を介して接合され、そして、中央脚部２３の上端部に上部の切片２４の底辺部が嵌合装着された状態にし、この状態において、左、右の脚部１１、１１及び中央脚部２３に、一次巻線及び二次巻線を同心状に巻回してなる円筒状の巻線体（いずれも図示せず）が上方から嵌込み装着され、しかる後、上部の継鉄部１３の左、右の両端部が左、右の脚部１１、１１の上端部に接合され、且つ、切欠部１７が上部の切片２４の二辺部に嵌合装着されることにより、上部の継鉄部１３が左、右の脚部１１、１１及び中央脚部２３に組合わされ、以て、変圧器本体が構成される。そして、この変圧器本体が絶縁ガス或いは絶縁油とともにタンク内に収納されて変圧器が構成される。
【００２５】
更に、積層鉄心２１を組立て製造する第２の製造方法としては、図３に示すと同様に、下部の継鉄部１３の左、右の両端部に左、右の脚部１１、１１の下端部が接合され、下部の継鉄部１３の中央部に中央脚部２３の下端部が下部の切片２４を介して接合され、そして、上部の継鉄部１３の切欠部１７に上部の切片２４の二辺部が嵌合装着された状態にし、この状態において、左、右の脚部１１、１１及び中央脚部２３に、一次巻線及び二次巻線を同心状に巻回してなる円筒状の巻線体が上方から嵌込み装着され、しかる後、上部の継鉄部１３の左、右の両端部が左、右の脚部１１、１１の上端部に接合され、且つ、上部の切片２４の底辺部が中央脚部２３の上部の上端部に嵌合装着されることにより、上部の継鉄部１３に左、右の脚部１１、１１及び中央脚部２３が組合わされ、以て、変圧器本体が構成される。そして、この変圧器本体が絶縁ガス或いは絶縁油とともにタンク内に収納されて変圧器が構成される。
【００２６】
この第２の実施例によれば、中央脚部２３と継鉄部１３とのなすＴ形接合部２２の切片２４に二方向性珪素鋼帯を用い、その他の部分たる脚部１１、中央脚部２３及び継鉄部１３に一方向性珪素鋼帯を用いるようにしたので、磁束が左、右の脚部１１、１１を循環する換言すれば中央脚部２３を通らない励磁位相の時において、磁束が切片２４の圧延に方向ｃに通り易くなって、中央脚部２３に侵入することを極力防止することができる。従って、この第２に実施例によっても前記第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
図５は本発明の第３の実施例であり、図１と同一部分には同一符号を付して示し、以下異なる部分について説明する。
積層鉄心２７において、継鉄部１３とＴ形接合部２８を構成する中央脚部２９の端部には、略三角形状の嵌合部３０が形成されている。この中央脚部２９は、厚さ０．２３乃至０．３ｍｍの二方向性珪素綱帯を所定枚数積層して構成されており、圧延方向を矢印ｂ、ｃで示す。そして、中央脚部２９の嵌合部３０は、継鉄部１３の切欠部１７に嵌合されており、継目が積層毎に交互にずれて重なるように部分的なラップ代３１が設けられていて、ラップジョイント方式が採用されている。
【００２８】
積層鉄心２７を組立て製造する製造方法としては、下部の継鉄部１３の左、右の両端部に左、右の脚部１１、１１の下端部が接合され、下部の継鉄部１３の切欠部１７に中央脚部２９の下部の嵌合部３０が接合された状態にし、この状態において、左、右の脚部１１、１１及び中央脚部２９に、一次巻線及び二次巻線を同心状に巻回してなる円筒状の巻線体が上方から嵌込み装着され、しかる後、上部の継鉄部１３の左、右の両端部が左、右の脚部１１、１１の上端部に接合され、且つ、上部の継鉄部１３の切欠部１７が中央脚部２９の上部の嵌合部３０に嵌合されることにより、上部の継鉄部１３が左、右の脚部１１、１１及び中央脚部２９に組合わされ、以て、変圧器本体が構成される。そして、この変圧器本体が絶縁ガス或いは絶縁油とともにタンク内に収納されて変圧器が構成される。
【００２９】
この第３の実施例によれば、継鉄部１３とＴ形接合部２８を構成する中央脚部２９に二方向性珪素鋼帯を用いるようにしたので、磁束が左、右の脚部１１、１１を循環する換言すれば中央脚部２９を通らない励磁位相の時において、磁束が嵌合部３０の圧延に方向ｃに通り易くなって、中央脚部２９に侵入することを極力防止することができる。従って、この第３に実施例によっても前記第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。特に、積層鉄心２７は、形態上は従来の積層鉄心１（図１参照）と変わりがないので、構成がシンプルになり、小形の積層鉄心に適する。
【００３０】
尚、上記実施例は、本発明を三相三脚の積層鉄心に適用して場合であるが、例えば三相五脚の積層鉄心に適用してもよく、要は、脚部と継鉄部によりＴ形接合部が構成される積層鉄心であればよい。
その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の積層鉄心は、脚部と継鉄部とのなすＴ形接合部に二方向性珪素綱帯を用いたので、磁束がＴ形接合部を構成する脚部を通らない励磁位相の時にその磁束が脚部に侵入することを極力防止することができ、従って、Ｔ形接合部において発生する鉄損や励磁騒音を低減することができる。
【００３２】
本発明の変圧器は、上記積層鉄心を用いたことにより、電力損失の低減を図ることができて、電力消費量を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す積層鉄心の正面図
【図２】積層鉄心の第１の製造方法を説明するための図
【図３】積層鉄心の第２の製造方法を説明するための図
【図４】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図５】本発明の第３の実施例を示す図１相当図
【図６】従来例を示す図１相当図
【図７】作用を説明するための図
【符号の説明】
図面中、１０は積層鉄心、１１は脚部、１２は中央脚部、１３は継鉄部、１５はＴ形接合部、１６及び１７は切欠部、１８は切片、１９及び２０はラップ代、２１は積層鉄心、２２はＴ形接合部、２３は中央脚部、２４は切片、２５及び２６はラップ代、２７は積層鉄心、２８はＴ形接合部、２９は中央脚部、３０は嵌合部、３１はラップ代を示す。

Claims (9)

1. 脚部と継鉄部とのなすＴ形接合部に、前記脚部の端部に略Ｖ形の切欠部を形成すると共に前記継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで形成し、それら切欠部に二方向性珪素綱帯の切片を嵌合して用い、その他の部分には一方向性珪素綱帯を用いたことを特徴とする積層鉄心。
2. 脚部と継鉄部とのなすＴ形接合部に、前記継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで形成し、前記脚部の端部に二方向性珪素綱帯の切片の一端側を接合すると共に前記継鉄部の前記切欠部に前記二方向性珪素綱帯の切片の他端側を嵌合して用い、その他の部分には一方向性珪素綱帯を用いたことを特徴とする積層鉄心。
3. 二方向性珪素綱帯は略三角形状又は四角形状の切片とし、この切片と接合する脚部及び継鉄部に部分的なラップ代を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の積層鉄心。
4. 二方向性珪素綱帯の切片の二つの方向のうち、一方は脚部の方向に及び他方は継鉄部の方向に夫々略一致していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層鉄心。
5. 二方向性珪素綱帯の脚部の端部に略三角形状の嵌合部を形成すると共に、一方向性珪素綱帯の継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで形成し、前記嵌合部を前記切欠部に嵌合して前記脚部と前記継鉄部とをＴ形に接合してなることを特徴とする積層鉄心。
6. Ｔ形接合部を構成する脚部の端部に略Ｖ形の切欠部を設けると共にＴ形接合部を構成する継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで設け、前記脚部の前記切欠部に二方向性珪素綱帯の切片を嵌合して装着し、しかる後、前記継鉄部の前記切欠部を組合わせるようにしたことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
7. Ｔ形接合部を構成する継鉄部に略Ｖ形の切欠部をその圧延方向に対して略直交する幅方向の寸法の一部に相当する深さで設け、前記脚部の端部に二方向性珪素綱帯の切片を接合して装着し、しかる後、前記継鉄部の前記切欠部を組合わせるようにしたことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
8. Ｔ形接合部を構成する継鉄部に略Ｖ形の切欠部を設け、この切欠部に二方向性珪素綱帯の切片を装着し、しかる後、脚部を組合わせるようにしたことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
9. 請求項１乃至５のいずれかに記載の積層鉄心を用いたことを特徴とする変圧器。

Images