JP4358119B2

JP4358119B2 - アモルファス鉄心変圧器

Info

Publication number: JP4358119B2
Application number: JP2005008597A
Authority: JP
Inventors: 年樹白畑; 雅之堀内; 勝敏稲垣; 信也浦田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP2005129966A

Description

本発明は、アモルファス鉄心変圧器であり、特に、無負荷損、負荷損等を減少させたアモルファス鉄心変圧器に関する。

変圧器は、高電圧・小電流の交流電力を低電圧・大電流の交流電流に、また、その逆の変換を行う機器であり、磁気回路を構成する鉄心と電気回路を構成するコイルとを具備している。そして、鉄心の材料として、けい素鋼板以外にアモルファス磁性材料を使用することが知られており、また、鉄心の構造として、積層鉄心以外に鉄心材を巻回した巻鉄心が知られている。

従来、アモルファス磁性薄帯を巻回して巻鉄心としたアモルファス鉄心変圧器が知られている。従来例の一つである５脚鉄心を有する３相１０００ＫＶＡ用アモルファス鉄心変圧器は、下記の特許文献１，２に開示された巻鉄心及びコイルを変圧器容器内に格納していた。巻鉄心は、幅が約１７０ｍｍ、鉄心断面積約１６２００ｍｍ^２のアモルファス磁性薄帯を巻回した単位鉄心を薄帯幅方向に２列配列して、４組８個の単位鉄心を使用していた。両外側の単位鉄心は、鉄心窓部にコイルが１相分配置されるが、内側の２個の単位鉄心は、鉄心窓部にコイルが２相分配置される。そのため、内側単位鉄心の質量は約１５８ｋｇとなり、一方、外側単位鉄心の質量は約１４２ｋｇとなって、内側単位鉄心の方が、質量は重く、外周の長さが長くなる。

従来例のアモルファス変圧器のコイルは、図４（ｂ）に示すように、３相分の一次コイル１２１及び二次コイル１２２からなる。一次コイル１２１は、３．５ｍｍ×７．０ｍｍ、導体断面積２４．５ｍｍ^２の平角状の絶縁銅線を使用して、４１８巻になるよう巻回する。二次コイル１２２は、０．７１ｍｍ×４２５ｍｍの帯状の銅条を２枚並列に導体断面積６０３．５ｍｍ^２として使用し、１３巻に巻回する。一次コイル１２１は、二次コイル１２２のコイル径方向外側に配置される。コイル２には、内部に生じる熱を逃がすため、図４（ｃ）に示す棒状部材２３を挿入して、絶縁油が流通するダクトスペース２４を全周１層づつ設けていた。従来例のアモルファス鉄心変圧器は、損失が少なくないので、ダクトスペース２４の層としては、充分な冷却能力とする必要が有り、６本（棒状部材３本×２脚）使用していた。コイルの上部及び下部に巻鉄心が配置される部分について考慮することなく全体的にダクトスペース２４は形成されていた。なお、一般に、変圧器における一次コイル及び二次コイルに流れる電流密度について、なるべく同じ値になるように、そして、コイル材料として異なる材質を使用するときは、電気抵抗換算電流密度が同じ値になるように設計していた。また、３相変圧器の結線方式としてはＹ（スター）及びΔ（デルタ）が知られており、そして、小容量のときのΔは巻数が大となってＹより不利であり、一方、中容量以上のときのＹは導体断面積が大となってΔより不利である。そのため、５００ｋＶＡ以下の小容量においては、Ｙ−Δとし、そして、７５０ｋＶＡ以上の中容量以上においては、Δ−Δ及び一部Ｙ−Δが採用されていた。Ｙとすると、コイルの巻回数が１／√３と少なくすることができるが、コイルに流れる電流値は下がらず、コイルの導体断面積を小さくすることはできない。一方、Δとすると、コイルの巻回数が多くなるが、コイルに流れる電流値を１／√３と低下させることができ、コイルの導体断面積を小さくすることはできる。

鉄心コイル組立体は、下記の特許文献１の図７、図８に示されるように、８個の単位鉄心と３個のコイルからなる。単位鉄心は、コイルに挿入するため、断面Ｕ字状とし、挿入後両端を閉じることにより組立てる。

変圧器容器は、図３に示されるものと同様の形状を有しており、内部に鉄心コイル組立体及び絶縁油を収納し、外部に外部端子、冷却フィン等を有する。外部端子は、コイルとライン線により接続される。冷却フィンは、内部のコイル等から発生する熱を大気に放出し温度上昇を許容値範囲内にする。冷却フィンの高さは、１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度とされる。冷却フィンの合計表面積は、容器の表面積の１０倍程度とされ、約５０ｍ^２とされていた。

しかしながら、従来のアモルファス鉄心変圧器は、３相１０００ｋＶＡの場合には無負荷損が約３３０Ｗ、負荷損が約１１４００Ｗ、全損失が約１１７３０Ｗとなり、変圧器内部の温度が高くなるのを防ぐため、大きな冷却面積を必要とする等の問題点が生じていた。また、一次及び二次コイルの導体断面積を太くして、損失を小さくしようとすると、コイルに使用する銅線は太くなり、剛性が大きく、巻回時における加工作業が困難となり、そして、二次コイルとライン線との接続は、銅部材同士の接続となるため、接続作業が難しく、工数も多く必要としていた。
特願平９−１４９３３１号特願平９−２５４４９４号

本発明は、従来の問題点を解決するものであり、変圧器内部の温度上昇を抑え、鉄心やコイル等の温度上昇による損失による発熱量も減らし、冷却フィンを小規模とすることが可能となり、そして、コイル巻回時における電線の加工作業を容易とするアモルファス鉄心変圧器を提供するものである。

本願発明は、アモルファス磁性薄帯からなる巻鉄心と該巻鉄心を挿入するコイルとを組み立ててなる鉄心コイル組立体を具備するアモルファス鉄心変圧器において、前記コイルは、前記巻鉄心側に巻回される一次コイル及び該一次コイルの外側に巻回される二次コイルより構成され、前記二次コイルは、アルミニウム導体の条よりなり、前記一次コイルは、複数の平角線を並列した銅導体からなり、コイル径方向内側で前記アモルファス磁性薄帯より強度を有するとともに、巻枠スペーサを介して前記巻鉄心が挿入される巻枠に巻回されて配置され、かつ、前記二次コイルより電気抵抗換算電流密度が高くなるよう銅導体断面積を小さくし、前記二次コイルは、前記一次コイルよりコイル軸方向の長さを長くしたことを特徴とするアモルファス鉄心変圧器である。

更に、本発明は、前記アモルファス鉄心変圧器において、前記鉄心コイル組立体を収納する変圧器容器を有し、該変圧器容器は、絶縁性冷却媒体を充填し、該変圧器容器の外側には、高さが１７ｍｍ〜２８０ｍｍの冷却フィンを有するアモルファス鉄心変圧器である。

本発明によれば、変圧器内部の温度上昇を抑えることができ、そのため、鉄心やコイル等も比較的低温度で動作させることができるので、これら鉄心やコイル等の温度上昇による損失を低減することとなるため、この損失による発熱量も減らすことができるため、冷却フィンを小規模とすることが可能となり、そして、コイル巻回時における電線の加工作業を容易とするアモルファス鉄心変圧器を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のアモルファス鉄心変圧器の一実施例について、図１〜図１６を用いて説明する。図１は、実施例のアモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体の説明図である。図２は、実施例のアモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体のＡ面水平断面の説明図である。図３は、アモルファス鉄心変圧器の外観の説明図である。図４は、アモルファス鉄心変圧器のコイルにおけるダクトスペース等の説明図である。図５は、アモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体の説明図である。図６は、実施例のアモルファス鉄心変圧器のコイルの説明図である。図７は、実施例のアモルファス鉄心変圧器のコイルの巻枠の一例の説明図である。図８は、アモルファス鉄心変圧器の単位鉄心の一例の模式説明図である。図９は、アモルファス鉄心変圧器の組立工程の一例の説明図である。図１０は、アモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体の一例の説明図である。図１１は、アモルファス鉄心変圧器の単位鉄心の一例の説明図である。図１２は、アモルファス鉄心変圧器の組立工程の変形例の説明図である。図１３は、鉄心コイル組立体の一例の模式説明図である。図１４は、鉄心コイル組立体における保護材の一例の模式説明図である。図１５は、鉄心コイル組立体における保護材の模式説明図である。図１６は、単相アモルファス鉄心変圧器の一例の説明図である。

本実施例のアモルファス鉄心変圧器は、５脚鉄心を有する３相１０００ｋＶＡ５０Ｈｚ用の変圧器であり、巻鉄心１、コイル２、変圧器容器４、を具備する。本実施例では４個の巻鉄心１と３個のコイル２とが組立てられて鉄心コイル組立体３を構成している。組立方法の一例は後述する。図１に示すように、各巻鉄心１は２個の単位鉄心１１からなり、合計８個の単位鉄心１１を３組のコイル２と組合せて鉄心コイル組立体３を構成する。そして、この鉄心コイル組立体３は、鉄心上締金具３１、鉄心下締金具３２、コイル支え３３、スタッド３４、コ字押え金具３５及びＥ字押え金具３６により各鉄心と各コイルの位置関係を保つよう固定された状態で変圧器容器４に収納される。結線方式は、Δ−Δを採用している。そして、変圧器容器４内には、絶縁性冷却媒体である絶縁油が充填され、アモルファス鉄心変圧器となる。なお、絶縁性冷却媒体は、ＳＦ_６（６弗化イオウ）あるいはＮ_２（窒素）等の絶縁性ガスであってもよい。

単位鉄心１１は、幅が約１７０ｍｍのアモルファス磁性薄帯を予め所定の長さに切断し、得られたアモルファス薄帯を所定枚数積層して鉄心断面積約１６８００ｍｍ^２としたものを金型上に載置し、断面Ｕ字状に成形し、コイル２に挿入した後、両端を突合せて構成する。本実施例で使用する単位鉄心１１の鉄心断面積は、従来例のものより約３．７％広くなっている。各鉄心１はこの単位鉄心１１を２個側方に並べることにより構成される。これにより鉄心１の断面積を約３３６００ｍｍ^２とすることができ、従来のものより断面積が約３．７％広く、磁気抵抗を低下させて鉄損の少ない鉄心を得ることができる。単位鉄心１１を薄帯幅方向に２列配置するため、全体として４組８個の単位鉄心１１を使用する。両外側の単位鉄心１１ａは、鉄心窓部にコイル２を１相分配置されるが、内側の単位鉄心１１ｂは、鉄心窓部に２相分配置される。現在、工業的に生産されているアモルファス磁性薄帯のうち変圧器等に用いることができるものは厚さ約０．０２５ｍｍ、最大幅約２１３ｍｍである。これを３相１０００ｋＶＡクラスの配電用大容量変圧器に適用しようとすると、鉄心幅は４００ｍｍ前後必要となる。現在メーカにより工業的に生産されているアモルファス磁性薄帯の幅は、１４２ｍｍ、１７０ｍｍ、２１３ｍｍの３種類である。最大幅は２１３ｍｍであるが、現状では１７０ｍｍのものが流通量も多く、産業上利用しやすいものである。そのため本実施例では、幅１７０ｍｍの磁性薄帯を用いた単位鉄心１１を２個並べて所定の断面積を得ている。また、アモルファス磁性薄帯は、硬度が９００〜１０００ＨＶと大きく、更に、大変脆い素材でもある。このため、幅方向に分割し、単位鉄心の質量を軽減し、作業性を良くすることが、配電用大容量変圧器を工業的に生産する際の大切なポイントである。そして、後述するコイル構成とすることにより、外側単位鉄心１１ａの質量は約１７３ｋｇ、内側単位鉄心１１ｂの質量は約１９７ｋｇとなる。本実施例の鉄心１は鉄損が少ないため、発熱が少ないとともに、５脚鉄心であるため、冷却媒体との接触面積も大きく、温度上昇の少ない鉄心及び変圧器を得られる。

コイル２は、３相分の一次コイル２１、二次コイル２２及び巻枠２６からなる。一次コイル２１は、２．６ｍｍ×６．５ｍｍと２．０ｍｍ×６．５ｍｍの２種類の平角状の銅線を並列にして導体断面積約２９．９ｍｍ^２として使用し、巻枠２６上に４１８巻に巻回する。二次コイル２２は、１．７０ｍｍ×４７５ｍｍのアルミニウム条を３枚並列にして導体断面積約２４２０ｍｍ^２として使用し、１３巻に巻回する。巻枠２６の一例を図７に示す。巻枠２６は、アモルファス磁性薄帯より強度を有する材料、すなわち、鉄又は鉄合金、及び樹脂等を使用して作成される。本実施例では、巻枠２６には導電性を有するけい素鋼板を使用するため、１ターンのコイルを形成させないよう、スリット部を形成し、絶縁部材２６１を挿入する。二次コイル２２は、図６に示すように、一次コイル２１の外側に配置される。銅を使用している一次コイル２１の電流密度はアルミニウム電気抵抗換算で約０．７２Ａ／ｍｍ^２、二次コイル２２０の電流密度は約０．６５５Ａ／ｍｍ^２であり、一次コイル２２は、二次コイル２２より電気抵抗換算電流密度が約１．１倍と高くなっている。コイル２は、ライン線に接続され、外部に導出される。コイル２は、図４（ａ）に示すように、内部に生じる熱を逃がすため、コイル２内部に棒状部材２３を挿入し、絶縁油を流通させるダクトスペース２４を設けている。ダクトスペース２４は、コイル２と同心状に設けている。本実施例のアモルファス変圧器は、コイルの導体の断面積が従来のものより大きい（従来に対し、一次側で約１２０％、二次側で約４００％）ので、導体の電気抵抗が少なくなり、損失が小さいため、発熱量が少なくなり、ダクトスペース２４は、２本（挿入部材１本×２脚）設ければ、コイル２の温度上昇を防ぐことができる。特に電流値が大きい二次側での断面積が従来の約４００％であることにより、大幅な抵抗値の低減に伴う発熱量の低減を図ることができる。従来例のアモルファス鉄心変圧器は６本必要であったため、１／３に減少することとなる。また、コイル２の上部及び下部に単位鉄心が配置されている部分２５については、ダクトスペース２４を形成しても、絶縁油の循環が悪いため、形成する必要はない。このため、Ｕ、Ｗ脚コイルは、Ｖ脚コイルと隣り合う側についてコイル２１、２２にダクトスペースは設けず、本部位以外に複数個ダクトスペースを設ける構造としている。また、Ｖ脚コイルも同様に、Ｕ、Ｗ脚コイルと隣り合う側にダクトスペースは設けない構造としているので、ダクトスペースの全体形状はＣ字形となり、コイル２の径方向寸法を小さくすることができる。そのため、鉄心窓幅は狭くすることができ、また、単位鉄心１１の寸法も小さくすることができことから、質量も軽くなる。

本実施例のアモルファス鉄心変圧器は、外側の二次コイル２２をアルミニウム条としており、コイル巻回作業性が良くなる。なお、アルミニウムは、銅よりも密度が小さく、そして、抵抗率が大きいため、コイルに使用すると、コイルの体積が増大する。そのため、アルミニウム導体使用量を少なくすることが好ましく、外側の二次コイル２２のみとするのが良い。また、本実施例における一次コイル２１の導体断面積は、従来例におけるものの約１．２倍、二次コイル２２は、約４．０倍もそれぞれ使用するため、コイル２１、２２の抵抗は低くなり、アモルファス鉄心変圧器の負荷損失を低下させることができる。なお、本実施例のアモルファス鉄心変圧器は、結線方式がΔ−Δであるため、Ｙ−Δ等の他の結線方式と比較してコイル導体断面積を約１／√３と小さくすることができる。このため、線径が細くなり、巻線時の作業性が向上し、また、曲げ半径を小さくすることができるので、ボビンあるいは巻枠の表面に沿ってコイル導体を巻回することが容易となり、コイルをコンパクト化することができる。そして、コイル２はアモルファス磁性薄帯より強度を有する巻枠２６上に巻回されるため、平角線の銅導体からなる一次コイル２１及びアルミニウム条からなる二次コイル２２の巻回作業が楽になる。そして、アモルファス磁性薄帯からなる単位鉄心１１は、コイル２の素材の弾性及び電磁力等による変形により生じる圧縮力を受けて劣化しやすくなるが、巻枠２６内側の巻枠スペーサ２６２内に単位鉄心１１を挿入するため、この圧縮力による磁気特性の劣化を回避して、アモルファス鉄心変圧器の負荷損を低下させることができる。本実施例のアモルファス鉄心変圧器は、一次コイルは、二次コイルより電気抵抗換算電流密度が高くなっている。そのため、一次コイルにおける発熱量は、二次コイルのより多くなるが、一次コイルの内側には、巻枠を介して鉄心が存在しており、そして、この鉄心が一次コイルから発生する熱を吸収する冷却源となるため、一次コイルの温度上昇を防ぐことができる。なお、本実施例のアモルファス鉄心変圧器では、二次コイル２２とライン線との接続は、アルミニウム同士の接続となるため、接続作業は容易である。

本実施例のアモルファス鉄心変圧器の二次コイル２２の長さ（Ｌ_２）は、図６（ａ）に示すように、一次コイル２１の長さ（Ｌ_１）よりコイル軸方向の長さを長くするため、両コイル２１、２２の電磁力の中心を揃えて配置するとき、短絡時の機械力によるずれの影響を少なくすることができる。なお、コイル２に使用する電線の断面積を大きくすると変圧器の負荷損を低減することができる。コイル２に使用する電線として、平角線、条、丸線等が使用できる。複数の素線を並列にして使用すると、加工性が良く、巻回作業が楽になる。図６（ｂ）には、２枚の平角線２１ａ、２１ｂ、厚さｔ_１、ｔ_２、幅ｗ_１からなる一次コイル２１の一例を、図６（ｃ）には、３枚の条２２ａ、厚さｔ_３、幅ｗ_２からなる二次コイル２２の一例を、それぞれ示す。そして、コイル２は発熱するが、内部に絶縁油が流通するスペースを設けているので、コイル２の温度上昇を低く抑えることができる。また、本実施例では、上記のような温度上昇の少ないコイルと温度上昇の少ないアモルファス５脚鉄心とを組合せることにより、コイルの温度上昇を一層低く抑えることができ、コイルの電気抵抗の増加を防止できるため、負荷損を大幅に低下させることができる。

本実施例のアモルファス鉄心変圧器は、３相１０００ｋＶＡ５０Ｈｚ用であり、無負荷損が約３０５Ｗ、負荷損が約７７３０Ｗ、全損失が約８０３５Ｗとなり、従来例のアモルファス鉄心変圧器よりも無負荷損、負荷損、全損失を低減させることができ、変圧器内部の温度上昇を少なくさせ、大きな冷却面積を必要としないアモルファス鉄心変圧器とすることができる。

以上、実施例として、３相１０００ｋＶＡ５０Ｈｚ用のアモルファス鉄心変圧器で説明したが、他の容量においても、従来例のアモルファス鉄心変圧器よりも無負荷損、負荷損、全損失を低減させることができる。例えば、７５０ｋＶＡ用においては、無負荷損が約２５５Ｗ、負荷損が約５７９０Ｗ、全損失が約６０４５５Ｗとなり、また、５００ｋＶＡ用では、無負荷損が約２４０Ｗ、負荷損が約２８６０Ｗ、全損失が約３１００Ｗとなり、そして、３００ｋＶＡでは、無負荷損が約１８５Ｗ、負荷損が約１５８０Ｗ、全損失が約１７６５Ｗと、いずれも低減させることができる。また、一次コイルと二次コイルの電気抵抗換算電流密度の比率について、１０００ｋＶＡ用では、一次コイル側が二次コイル側の１．１倍であったが、７５０ｋＶＡ用では１．２倍、５００ｋＶＡ用では１．５３倍と、いずれも一次コイル側を二次コイル側より高くすることが良く、その比率としては１．０５倍以上することが好ましい。

本実施例のアモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体３の組立て方法の一例について、以下、説明する。図８〜図１０に示すのは、その一例であり、得られた鉄心コイル組立体３は、単位巻鉄心１１をコイル２に挿入して列状に配設したものである。また、単位鉄心１１は、いずれか一方で（図示では下方の位置）でアモルファス積層薄帯をラップさせて形成する。

単位鉄心１１のラップ側のヨーク部は、コイル２の最内周の絶縁部材２４もしくは巻枠２３又はコイル２の外側に位置する単位鉄心１１のコア部を覆っている絶縁部材１２と、これら部材と隙間なく貼着した絶縁部材で形成した保護材１３とにより全体として連続して、間隙なく全体として覆われている。単位鉄心１１の反ラップ部（図示では上方の位置）側のヨーク部とコア部は、それぞれ絶縁部材１２、１４で覆われている。このようにして、単位鉄心１１が密封され、アモルファス破片の脱落を防止している。

図８は、焼鈍後、単位鉄心１１のラップ部を開口し、逆Ｕ字に成形された単位鉄心１１の模式説明図を示しているが、単位鉄心１１は、最内周に単位鉄心１１に強度を持たせるための補強部材１５が設けられ、最外周にはけい素鋼板による補強部材１６が設けられている。さらに、上部ヨーク部とコア部の巻鉄心端面を保護するためのそれぞれ絶縁部材１４、１２が貼り付けられている。

図９を参照して、逆Ｕ字成形された単位鉄心１１をコイル２に挿入する工程（ａ）〜工程（ｇ）を説明する。工程（ａ）において、前記コイル２の鉄心ラップ部側（図示では下方側）端面には、コイル最内周の絶縁部材もしくは巻枠２３と、隙間なく貼られた絶縁部材で形成した保護部材１３とを設ける。この保護部材１３には、単位鉄心１１が挿入される位置に切り込み部Ｃ１が設けられているが、これについては詳細に後述する。

工程（ｂ）において、この保護部材１３に対して逆Ｕ字成形された単位鉄心１１が逐次挿入される。図では、左方の位置から右方の位置に対して逐次挿入されている。前記保護部材１３は、単一の連続部材でも、複数に分割したものを粘着テープ等で張り合わせた連続部材でも差し支えない。

工程（ｃ）において、単位鉄心１１の挿入が完了し、そののち、前記保護部材１３の面が垂直になるように位置させる。工程（ｄ）において、前記起立させた逆Ｕ字成形された単位鉄心１１の開口部を、コイル２のラップ側の端面１１ｊを保護部材１３で覆ったまま、ラップ作業により、ラップさせ矩形成形させる。図ではこのときの状況を示している。

工程（ｅ）において、ラップ作業の完了後の単位鉄心１１の状態を図示するが、コイル２の端面は、保護部材１３により覆われ、コイル２の内部にアモルファス破片が侵入することなく作業が出来る。工程（ｆ）において、矩形成形された単位鉄心１１のラップ側のヨーク部を保護部材１３により包み込み、アモルファス破片の脱落防止が行われる。
工程（ｇ）において、前記構成した単位鉄心１１を起立させて完成する。

鉄心コイル組立体３の組立て方法の変形例について、図１１〜図１３を用いて説明する。図１１を参照して、この変形例では、コイル２の上下両端面に絶縁材の保護部材を設けたものである。図１１には、焼鈍後に、ラップ部を開口して逆Ｕ字成形された単位鉄心１１を示すが、単位鉄心１１は、最内周に単位鉄心１１に強度を持たせるための補強部材１５が設けられ、最外周にけい素鋼板による補強部材１６が設けられている。

図１２を参照して、図１１の逆Ｕ字成形された単位鉄心１１をコイル２に挿入する工程を説明する。工程（ａ）において、前記コイル２の鉄心ラップ部側（図示では下方側）端面には、コイル最内周の絶縁部材もしくは巻枠２３と、隙間なく貼られた絶縁部材で形成した保護部材１３を設ける。この保護部材１３には、単位鉄心１１が挿入される位置に切り込み部Ｃ１が設けられているが、これについては詳細に後述する。

工程（ｂ）において、この保護部材１３に対して逆Ｕ字成形された単位鉄心１１が逐次挿入される。図示では、左方の位置から右方の位置に対して逐次挿入されている。前記保護部材１３は、単一の連続させた部材でも、複数に分割したものを粘着テープ等で張り合わせた連続部材でも差し支えない。

工程（ｃ）において、図示する如く、単位鉄心１１の４個の内、両外側二個のコイルの外側に位置するコア部のみに絶縁材で形成した保護部材１７を貼着し、他の部分は貼着せず、そのままとする。また、コイル２の上下端面には、コイル最内周の絶縁部材または巻枠２３と隙間なく貼り付けられた絶縁材で形成させた保護部材１３ａ、１３ｂを設ける。

次いで、逆Ｕ字成形された単位鉄心１１を保護部材１３ａ、１３ｂに挿入する。保護部材１３ａ、１３ｂは、単一の連続させた部材でも、複数に分割したものを粘着テープ等で張り合わせた連続部材でも差し支えない。そして、先に貼着した保護材１７と保護部材１３ａ、１３ｂを隙間なく貼り付ける。

工程（ｄ）において、そののち、逆Ｕ字成形された単位鉄心１１の開口部をラップ作業が容易となるように位置させ、当該ラップ作業を行わせる。工程（ｅ）において、ラップ作業が完了し、矩形成形をさせる。工程（ｆ）において、矩形成形された単位鉄心１１の上下ヨーク部を保護部材１３ａ、１３ｂにより包み込ませる。次いで、工程（ｇ）において、単位鉄心１１を起立させる。

このようにして、アモルファス破片の脱落防止を行いながら、鉄心コイル組立体３の組立てをすることができる。このように組立てれば、単位鉄心１１個々にあらかじめ絶縁処理を施す必要がなく、破片脱落防止が容易に行える。

鉄心コイル組立体の組立て方法の第２の変形例について、図１４を用いて説明する。保護部材１３をコイル最内周の絶縁部材又は巻枠２３に貼着する方法の一例を示す。図１４（ａ）は、長方形の絶縁材である保護部材１３において、切り込み部Ｃ１を形成する。図１４（ｂ）は、切り込み部Ｃ１の拡大図である。

図１４（ａ）、図１４（ｂ）において、切り込み部Ｃ１に生じた三角形の絶縁材片を下方に折り込んだ山形部分１３１を形成させる。この山形部分１３１は、例えばクラフトテープ等の粘着テープ１８ａにより、コイル最内周の絶縁部材もしくは巻枠２３に隙間なく貼着する。さらに、補強用としてコイル窓内角部に粘着テープ１９を貼着することが好ましい。また、粘着テープ１９の代わりに、接着材により貼付を行つても差し替えない。

次に、図１５を参照して、保護部材１３をコイル最内周の絶縁部材もしくは巻枠３に貼り付けるその他の方法を説明する。図１５（ａ）に示す如く、長方形の絶縁材である保護部材１３において、コイル窓の形状の切取り部Ｃ２を形成する。図１５（ｂ）は、切取り部Ｃ２の拡大図である。

図示する如く、切取り部Ｃ２部分をコイル窓のエッジ部分に合わせて、例えばクラフトテープ等の粘着テープ１８ｂによりコイル最内周の絶縁部材もしくは巻枠３に隙間なく貼着する。さらに、補強用としてコイル窓の内角部に粘着テープ１９を貼着してもよい。以上の例は、５脚鉄心を有する３相変圧器についての例であるが、３脚以上のコア部を持つアモルファス巻鉄心であれば、同様の方法でアモルファス破片の脱落防止ができる。

また、以上の例の他に、鉄心幅方向に２列以上の複数個の単位鉄心１１を並べた鉄心構造を持つ変圧器に対しても同様のことが実施できる。この場合、鉄心幅方向に複数並んだ単位鉄心を、各列毎に一括して絶縁部材でできた保護材で覆っても差し支えないし、全列一括して絶縁部材で形成した保護部材で覆っても差し支えない。

以上、詳細に説明したような鉄心コイル組立体の組立方法によれば、３脚以上の巻鉄心をもつアモルファス鉄心変圧器において、変圧器の特性を悪化させることなく、容易にアモルファス鉄心の保護が行え、アモルファス破片の散逸を防止するアモルファス鉄心変圧器とすることができる。

次に、変圧器容器４は、外側に冷却フィン４２を有すると、変圧器の温度上昇を少なくすることができる。本実施例のアモルファス鉄心変圧器は、従来例のアモルファス鉄心変圧器より発生熱損失が少なく、このため温度上昇が低く、冷却フィンの高さを低くしたり、数を減らして、冷却面積を狭くすることが可能である。例えば、冷却フィン４２の高さは、１７ｍｍ〜２８０ｍｍ程度とすればよいため、従来例のアモルファス変圧器と比較して、２０％程度低くすることができる。冷却フィンの合計表面積は、０ｍ^２〜１００ｍ^２程度とする。また、変圧器容器の表面も冷却の役割を有しているので、冷却フィンと変圧器容器との合計表面積は、１３０ｍ^２以下とするのが好ましい。なお、冷却フィンは、変圧器容器リブとして強度を高めることができる。そして、変圧器容器４は、内部に鉄心コイル組立体３及び絶縁油を収納し、外部に外部端子４１等を有する。絶縁油としては、内部に気体を含まないように、事前に脱気処理したもの又は脱気処理後窒素ガスを飽和したものを使用する。外部端子４１は、コイル２とライン線により接続される。冷却フィンは、内部のコイル２等から発生する熱を大気に放出する。

以上の実施例の概要をまとめると、二次コイルにアルミニウムを使用することにより、巻回作業性を良くできるメリットが得られる。しかし、アルミニウムを使用したため、銅使用時よりもコイル体積が増大するデメリットが生じる。そのため、一次、二次コイルの合計体積を増大させない（二次コイルで増大した体積分を一次コイルの体積減少でカバーする）ため、一次コイルに銅を使用し、かつ、一次コイル導体の断面積を小さくする（体積は減少する）。そうすると、一次コイルの電気抵抗換算電流密度は、二次コイル側よりも高くなり、一次コイルの発熱が従来よりも高くなるデメリットが生じる。そこで、一次コイルをアモルファス鉄心のそばに設置し、一次コイルからの熱をアモルファス鉄心で吸収して冷却する。これにより、実施例のアモルファス鉄心変圧器は、デメリットが生じることなく、目的を達成することができる。
そして、二次コイルと一次コイルのコイル軸方向の長さについて、一次・二次コイルは、同軸上にタイトに巻回されており、一次・二次コイルを電気的 (距離、絶縁紙厚さ・枚数)に絶縁する必要がある。この際、コイル径方向へは絶縁紙厚さ・枚数で絶縁特性をたかくすることができるが、コイル軸方向にも距離を取る必要があることから、一次(高圧)巻線が二次(低圧)巻線高さより低くなるよう設計を行う。こうすることを短絡強度で見た場合、二次(条導体)巻線高さを一次(丸線、角線)巻線高さより高くすることで、コイル軸方向への一次巻線座屈変形を防止する働きも兼ねることができる。もし、これが逆の位置関係になると、二次巻線と対向しない一次巻線端部が上下方向に座屈することになる。
なお、以上実施例等の説明で、変圧器容器４に絶縁油を充填したアモルファス鉄心変圧器について説明したが、モールド樹脂を充填したアモルファス鉄心変圧器でも同様な効果を奏することができる。また、５脚鉄心を有する３相変圧器以外に、単相変圧器でも実施可能であり、その例を図１６に示す。このアモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体３、鉄心１、コイル２を有しており、コイルは一次コイル２１、二次コイル２２、巻枠２６、巻枠スペーサ２６２を有している。巻枠２６には、１ターンのコイルを形成させないようスリットに絶縁部材２６１を挿入している。

実施例のアモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体の説明図。実施例のアモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体のＡ面水平断面の説明図。アモルファス鉄心変圧器の外観の説明図。アモルファス鉄心変圧器のコイルにおけるダクトスペース等の説明図。アモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体の説明図。実施例のアモルファス鉄心変圧器のコイルの説明図。実施例のアモルファス鉄心変圧器のコイルの巻枠の一例の説明図。アモルファス鉄心変圧器の単位鉄心の一例の模式説明図。アモルファス鉄心変圧器の組立工程の一例の説明図。アモルファス鉄心変圧器の鉄心コイル組立体の一例の説明図。アモルファス鉄心変圧器の単位鉄心の一例の説明図。アモルファス鉄心変圧器の組立工程の変形例の説明図。鉄心コイル組立体の一例の模式説明図。鉄心コイル組立体における保護材の一例の模式説明図。鉄心コイル組立体における保護材の模式説明図。単相アモルファス鉄心変圧器の一例の説明図。

符号の説明

１巻鉄心
１１単位鉄心
１２、１４絶縁部材
１３、１７保護部材
１５、１６補強部材
１８、１９粘着テープ
２コイル
２１一次コイル
２２二次コイル
２３棒状部材
２４ダクトスペース
２５ダクトスペースなし部分
２６巻枠
２６１絶縁部材
２６２巻枠スペーサ
３鉄心コイル組立体
３１鉄心上締金具
３２鉄心下締金具
３３コイル支え
３４スタッド
３５コ字押え金具
３６Ｅ字押え金具
４容器
４１外部端子
４２外部フィン

Claims

アモルファス磁性薄帯からなる巻鉄心と該巻鉄心を挿入するコイルとを組み立ててなる鉄心コイル組立体を具備するアモルファス鉄心変圧器において、
前記コイルは、前記巻鉄心側に巻回される一次コイル及び該一次コイルの外側に巻回される二次コイルより構成され、
前記二次コイルは、アルミニウム導体の条よりなり、
前記一次コイルは、複数の平角線を並列した銅導体からなり、コイル径方向内側で前記アモルファス磁性薄帯より強度を有するとともに、巻枠スペーサを介して前記巻鉄心が挿入される巻枠に巻回されて配置され、かつ、前記二次コイルより電気抵抗換算電流密度が高くなるよう銅導体断面積を小さくし、
前記二次コイルは、前記一次コイルよりコイル軸方向の長さを長くしたことを特徴とするアモルファス鉄心変圧器。
請求項１記載のアモルファス鉄心変圧器において、
前記鉄心コイル組立体を収納する変圧器容器を有し、
該変圧器容器は、絶縁性冷却媒体を充填し、
該変圧器容器の外側には、高さが１７ｍｍ〜２８０ｍｍの冷却フィンを有することを特徴とするアモルファス鉄心変圧器。