JP4336191B2

JP4336191B2 - 変圧器用積鉄心の製造方法

Info

Publication number: JP4336191B2
Application number: JP2003414134A
Authority: JP
Inventors: 雅人溝上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005175238A

Description

本発明は電磁鋼板を一定の長さと形状に切断した後、積層することで製造される変圧器の積鉄心に関するもので、更に詳述すると、電磁鋼板を切断して積層する方法に関するものである。

電力用変圧器の一般的な鉄心は電磁鋼板を積層した構造となっている。この積層構造には二種類のものがあるが、それらは巻鉄心および積鉄心と呼ばれる。巻鉄心は一定の長さに切断した電磁鋼板を巻き取ることで製造されるもので、比較的小型の変圧器に用いられる。一方、積鉄心は一定の長さと形状に切断した電磁鋼板をそのまま積層することで製造されるもので、小型から大型までの変圧器に用いられる。この積鉄心の種類の一つである３相３脚積鉄心の一例を図１に示す。この鉄心では台形に切断された脚１、２と細長い六角形の脚３とを、台形で中央部にＶ型の切り欠きのあるヨーク４、５に組み合わせたものである。この鉄心の脚１、２、３の部分に筒型の導線コイル６が挿入され、変圧器となる。

脚とヨークの接合部の断面構造は、鋼板片の端部が単純に突き合わされただけのものではなく、鋼板片が１枚あるいは数枚単位ごとにずらして配置された構造となっている。この一例を図２に示すが、これはステップラップ接合と呼ばれるものである。このような構造をとる理由は、脚とヨークの鋼板片の相互の接触面積を増して接合部の隙間によって増加する磁気抵抗を低下させることにある。

この積鉄心の製造工程は次のようなものである。まず電磁鋼板コイルを鉄心幅に分割切断すなわちスリットを行う。これを鉄心に必要な長さと形状に切断する。例として挙げた図１の脚１、３の場合は４５°の斜角に切断し、また、脚２の場合は更に逆方向に４５°切断する。また脚２に接するヨーク４、５の中央部は打ち抜きでＶ型の切り欠きを作る。この後、鉄心を形成する様にこれらの鋼板片を積層し、強度を持たせるためテープを巻いて締め付けるバインドを行う。脚は導線コイルの中に配置されるが、鉄心のバインドや積層作業のしやすさのために、導線コイルの中で脚の積層作業を行うことはせず、先に積層しバインドした後に導線コイルに挿入する。一般的には平面上で脚と片側のヨークを接合部を作りながら同時に組み上げ、バインドした後に鉄心を立て、導線コイルを挿入し、その後にもう一方のヨークを差し込む。

前記の鉄心製造工程における自動化の状況は次のようなものである。電磁鋼板の切断には、最近ではコンピュータ制御された自動切断機が用いられており、４５°切断やＶ型打ち抜きが自動で行われた後、自動的に積層まで行うものもある。また、積層作業については、自動切断時に同時に鋼板片に２個の小さな位置決め用の穴をパンチで開け、脚とヨークの位置関係を考慮して平面状に立てたガイドピンに穴を合わせて鋼板片を落とし込むことで省力化が図られている例もある。しかし、導線コイル挿入後の片側のヨークの差込みでは、接合部が図２の例のような複雑な構造をとるため自動的に鋼板片を差し込むことは困難で、人手で１枚ずつ差し込んでいるのが現状である。電磁鋼板の板厚は通常０．２３ｍｍから０．３５ｍｍであるのに対し、鉄心の積層厚さは数十ｃｍ以上であるため、この工程は非常に時間と労力を要するものとなっている。

この労力を少しでも軽減させる一方策として、特許文献１で示された方法を用いることが考えられる。ここでは、２本の電磁鋼板コイルを同時にほどき、片側のコイルの鋼板表面に油などの液体を塗布し、もう一方のコイルと重ねあわせて再度巻き取るという方法が示されている。この方法を用いれば２枚の鋼板が液体によって貼り合わされ、あたかも１枚の鋼板のように取り扱うことができ、労力削減に効果があるとしている。実際、ヨークの人手による差込み作業では１枚ずつ差し込むのに比べ時間がほぼ半減すると思われる。
特開昭６３−２８１８４１号公報特開平４−１４８９２７号公報

特許文献１の方法には一定の効果があるものの、限界も幾つかある。その一つに３枚以上の貼り合わせができないことがある。貼り合わせ枚数を増していくと、それにほぼ反比例してヨークの人手による差込み作業時間が減少していくと考えられるが、特許文献１の方法では２枚の貼り合わせのため、作業時間は半減が限界である。また別の問題として、特許文献１の方法では鋼板は貼り合わせた後に切断されるため、２枚の鋼板片の相対位置は同位置となる。ところが実際の鉄心では図２の例で示したように接合部を作るため、隣り合う鋼板片の位置関係はずれている場合が多い。特許文献１の方法では切断後に任意の長さだけずれた貼り合わせ鋼板片を作ることは困難である。

また別の問題として、特許文献１の方法では鋼板を貼り合わせた後に切断することになるが、切断時には鋼板に対して強い力がかかるため、貼り合わせた鋼板にずれが生じ、切断長さの精度が劣化することも予想される。更に別の問題として、特許文献１の方法では貼り合わせ後に鋼板間から液体が浸出するが、これが油の場合には例えば切断設備に付着して鋼板が滑る現象が生じ、切断時に精度が得られらない懸念がある。この問題に対しては特許文献２で対策が示されているが、これは鋼板の端部や予想される切断部に沿って、塗布した液体よりも粘度の高いシール剤を塗り、鋼板間の液体の漏れを防ぐものである。但しこの方法には、シール剤の粘度が高いために鋼板間に隙間が出来、鉄心の占積率を低下させてしまうという欠点がある。本発明はこれらの問題点を解決する方法を提供するものである。

（１）切断された電磁鋼板の積層によって作製される変圧器用積鉄心の一連の製造工程における、電磁鋼板コイルを所定の長さと形状に切断して積層する工程において、切断後の鋼板片の少なくとも片面に対して、１枚以上のｎ枚続けて油を塗布した後、１枚あるいは２枚だけ油を塗布しない一連のサイクルを繰り返して、ｎ＋１枚あるいはｎ＋２枚をハンドリングの単位として固定積層することを特徴とする変圧器用積鉄心の製造方法。
（２）前記の鋼板片の相対的な位置関係が、鉄心が接合部での鋼鈑片のずらし長さと同一になる様に積層することを特徴とする（１）に記載の変圧器用積鉄心の製造方法。

本発明の変圧器用積鉄心の製造方法を用いると、切断後の鋼板片２枚以上に続けて油を塗布することで３枚以上の鋼板片の貼り合わせでも容易にできる。また、油の塗布工程の終了後に先の鋼板片と重ね合わせる時に、鉄心接合部での鋼板片のずらし長さと同一になるように先の鋼板片とのずれ量を設定して重ね合わせることができる。更に、鋼板片は切断後に貼り合わせるため、切断時のずれは考慮しなくて良い。更に、油の塗布量と塗布位置を適当なものとすることで鋼板間からの油の浸出を防止するためシール剤を用いる必要がない。よって、占積率の低下も引き起こさない。

本発明の実施の形態は、鋼板を切断した後に油を塗布し、積層するというものである。この一例を図３に示す。電磁鋼板コイル７が鋼板切断機構８で切断された後、鋼板片搬送機構９によって運搬される。これは電磁石や真空吸引などによって鋼板片を上に引き上げて横方向に移動するものとする。この方法によって油塗布機構１０の上を通過する。この場合は鋼板片の下面に油が塗布される。この油の塗布には、ノズルによる吐出やスプレーによる噴霧、塗布ロールを用いる方法などが考えられる。これらを鋼板片の幅方向に何列か並べて、搬送されてきた鋼板片の幅に合わせてその内の一部を使用すると、塗布位置のより細かな制御が可能となる。また、塗布位置に鋼板片端面検出センサーを設置し、その結果で塗布機構の幅方向での使用不使用を決めることで鉄心の形状に合わせた更に細かな塗布が可能となる。この時、鋼板間からの油の浸出を防ぐため鋼板片の辺縁部には油を塗布しないが、その方法は下記による。例えば、鋼板片のほぼ全面に均一に塗布するような場合には、油を塗らない辺縁部は５ｍｍ程度とればよい。また、集中的に塗布するような場合は、鋼板片の辺縁からできるだけ離れた位置に塗布するのが望ましい。

この後、鋼板片は搬送機構９によって積層位置１１まで運ばれる。ここで鋼板片位置センサーなどを使用することで、一つ前に積層されている鋼板片との位置関係が鉄心接合部に対応する様に位置決めされ、その位置で降ろされ積層されるものである。また、切断時に鋼板片に位置決め用の穴をあけた場合には、積層位置１１に立てられたピン１２に鋼板片を差し込むだけで位置決めされて積層される。この後、鋼板片の貼り合わせをより確実にするために、鋼板片に歪が入らない程度に面圧をかけても良い。

油の塗布サイクルについては、例えば１枚の鋼板片の片面に塗布し、次の鋼板片には塗布しないという周期を繰り返すと、２枚が貼り合わされる。また、２枚の鋼板片の同じ向きの片面に続けて塗布し次の鋼板片には塗布しないという周期を繰り返すと、３枚が貼り合わされる。また、１枚の鋼板片の両面に塗布し、続く２枚の鋼板片には塗布しないという周期を繰り返すと、３枚が貼り合わされる。このように塗布サイクルのパターンを変えることにより、任意の枚数の貼り合わせを実現できる。

図３に示す装置を用いて本発明を実施した。図４に示すような３相３脚鉄心のヨークに用いるための、面積が０．０８４ｍ^２の鋼板片を切断によって製作し、１枚の鋼板片の片面にスプレーで油を塗布し、次の鋼板片には塗布しないという周期を繰り返した。これらの鋼板片の積層方法に関しては、油を塗布した鋼板片は図５の実線で示す位置に、油を塗布していない鋼板片は横方向に８ｍｍずれた破線で示す位置に置くこととした。このずらし量は鉄心を組み立てた時の接合部での鋼板片同士のずれ量に一致するものである。

鋼板片１枚に対する油の塗布量を０．２２ｍｌから１．１３ｍｌまでの間で６条件とり、鋼板片同士の密着性と鋼板片端面からの油の浸出の有無を評価した結果を表１に示す。ここでの密着性は、実際に鉄心製作作業を行って、その際に貼り合わせた鋼板片に作業効率を低下させるようなずれが起きるか否かによって判断した。この結果から、本発明の範囲内となる３．５ｍｌ／ｍ^２から１０．８ｍｌ／ｍ^２に対応する０．２９ｍｌから０．９１ｍｌにおいて密着性、浸出ともに良好な結果が得られていることが分かる。

図６に示す鋼板片に対して、２種類の位置に０．１７ｍｌの油を塗布し、同寸法の鋼板片１枚を重ねた後、７．５ｋＰａの面圧をかけて鋼板間からの油の浸出の有無を調べた。その結果、鋼板片の中央部である図６の位置１３に油を塗布した場合には油の浸出は見られず、鋼板片を剥がすと油は斜線で示す領域に広がっていることが確認された。一方、鋼板片の辺縁部に近い位置１４に油を塗布した場合は、鋼板間から油の浸出が見られ、鋼板片を剥がすと油は斜線で示す領域に広がっていた。この結果から、鋼板片の辺縁部を除いて油を塗布することで、油の浸出が防げることが分かる。

積鉄心を用いる変圧器の構造を示す図。積鉄心の接合部断面図。本発明を実施するために用いる装置の一例を示す工程図。本発明によって作製される積層された鋼板片を示す斜視図。本発明の実施例１として用いた鋼板片を示す図。本発明の実施例２として用いた鋼板片を示す図。

符号の説明

１脚
２脚
３脚
４ヨーク
５ヨーク
６導線コイル
７電磁鋼板コイル
８鋼板切断機構
９鋼板片搬送機構
１０油塗布機構
１１積層位置
１２ピン
１３油塗布位置
１４油塗布位置

Claims

切断された電磁鋼板の積層によって作製される変圧器用積鉄心の一連の製造工程における、電磁鋼板コイルを所定の長さと形状に切断して積層する工程において、切断後の鋼板片の少なくとも片面に対して、１枚以上のｎ枚続けて油を塗布した後、１枚あるいは２枚だけ油を塗布しない一連のサイクルを繰り返して、ｎ＋１枚あるいはｎ＋２枚をハンドリングの単位として固定積層することを特徴とする変圧器用積鉄心の製造方法。
前記の鋼板片の相対的な位置関係が、鉄心が接合部での鋼鈑片のずらし長さと同一になる様に積層することを特徴とする請求項１に記載の変圧器用積鉄心の製造方法。