JP4369297B2 - 変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器の構成に係り、特に、鉄心の構成に関する。

本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００２−８３７１６号公報（特許文献１）や、特開平９−２３７７１９号公報（特許文献２）や、特開平９−２４６０５７号公報（特許文献３）に記載されたものがある。特開２００２−８３７１６号公報には、非晶質合金（アモルファス）薄帯を用いた変圧器鉄心において、鉄心厚さの増大を抑え、作業性を改善するために、巻鉄心の内側層の複数ブロックはバットステップラップ方式（突き合わせ方式）の接合部を備え、巻鉄心の外側層の複数ブロックはオーバーラップ方式（重ね合わせ方式）による接合部を備える構成とする技術が記載され、特開平９−２３７７１９号公報には、アモルファス巻鉄心の磁気特性改善のために、内周側及び外周側に設ける単位積層体の厚さを、中間部に設ける単位積層体の厚さよりも薄くするとした技術が記載され、特開平９−２４６０５７号公報には、同じくアモルファス巻鉄心の磁気特性改善のために、鉄心の外周側に位置する単位鉄心ブロックほど単位積層体の接合部相互間の間隔を広くするとした技術が記載されている。

特開２００２−８３７１６号公報

特開平９−２３７７１９号公報 特開平９−２４６０５７号公報

上記従来技術では、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現しようとした場合、一層の構造的工夫が望まれる。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と製作作業性の改善とを併せて実現できるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、性能、製作性の両面で優れた変圧器を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、変圧器の鉄心を、（１）第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層されて成る第１の層群と、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層されて成る第２の層群とを備え、上記第１の層群と上記第２の層群が交互に配され、最内周側が上記第１の層群のときは最外周側にも第１の層群が配され、最内周側が上記第２の層群のときは最外周側にも第２の層群が配され、上記第１の層群は、第１の層における上記第１の板状磁性材の両端部の重ね合わせ部がコーナー部に配されている構成とする。また、（２）第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層されて成る第１の層群と、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層されて成る第２の層群とを備え、上記第２の層群と上記第１の層群が交互に配され、最内周側及び最外周側には上記第２の層群が配された構成とする。

本発明によれば、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することができる。

以下、本発明の最良の実施形態につき、図面を用いて説明する。
図１〜図３は、本発明の第１の実施例の説明図である。図１は、本発明の第１の実施例としての変圧器の構成例図、図２は、図１の変圧器に用いる鉄心の断面構成図、図３は、図２の鉄心内の磁束分布の説明図である。
図１において、１は変圧器、２は励磁用のコイル、２ｕは、コイル２のうちＵ相のコイル、２ｖは同じくＶ相のコイル、２ｗは同じくＷ相のコイル、３は、磁気回路を形成するための鉄心、４ｕはＵ相のコイルの端子、４ｖはＶ相のコイルの端子、４ｗはＷ相のコイルの端子である。鉄心３は、例えば厚さ０．０２×１０^−３ｍ〜０．０３×１０^−３ｍ程度のアモルファスの薄板材（薄帯材）が数十枚重ねられて成る複合構造の０．２×１０^−３ｍ〜０．６×１０^−３ｍ程度の板状磁性材を複数層に積層し環状に成形して成る。該複数層に積層される板状磁性材のうちの一部のものは、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされて第１の層を形成し、また他の一部ものは、その両端部が互いに突き合わされて環状にされて第２の層を形成し、うち上記第１の層が最内周側に配されている。

図２は、図１の変圧器に用いる鉄心３の断面構成を示す図である。
図２において、ａ_１、ａ_２はそれぞれ、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３はそれぞれ、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層、ａは、第１の層ａ_１、ａ_２から成る第１の層群、ｂは、第２の層ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３から成る第２の層群である。本第１の実施例では、鉄心３において、第１の層ａ_１または第１の層ａ_１、ａ_２から成る第１の層群ａが環状の最内周側に設けられる。該第１の層ａ_１、ａ_２及び該第１の層群ａでは、板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされかつ最内周側に配されて磁路長が短いため、磁気回路の磁気抵抗を低くすることができ、その分、磁束密度を高められる。

図３は、図２の鉄心３内の磁束分布の説明図である。
図３において、イは、図２の鉄心３内のＡ−Ａ'部の磁束分布特性、ロは、鉄心が全部第１の層（板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて成る層）が積層されて成る構成の場合のＡ−Ａ'部の磁束分布特性、ハは、鉄心が全部第２の層（板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて成る層）が積層されて成る構成の場合のＡ−Ａ'部の磁束分布特性である。特性イは、特性ロよりも磁束密度は低いが、板状磁性材の両端部の重ね合わせ部（接合部）の数が少ないため、鉄心厚さを薄くできて変圧器の小形化を図り易く、製作作業もし易い。

上記第１の実施例によれば、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することができる。

図４は、本発明の第２の実施例の説明図で、第２の実施例としての変圧器に用いる鉄心３の断面構成を示す。
図４において、ａ_１、ａ_２はそれぞれ、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_１'、ｂ_２'はそれぞれ、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層、ａは、第１の層ａ_１、ａ_２から成る第１の層群、ｂは、第２の層ｂ_１、ｂ_２から成る第２の層群、ｂ'は、第２の層ｂ_１'、ｂ_２'から成る第２の層群である。本第２の実施例では、鉄心３において、第２の層ｂ_１または第２の層ｂ_１、ｂ_２から成る第２の層群ｂが環状の最内周側に設けられる。第２の層群ｂと第１の層群ａと第２の層群ｂ'は交互に設けられ、最外周側に第２の層群ｂ'が設けられる。積層の中間部に第１の層群ａを設けることで、該中間層部の磁気回路の磁気抵抗を減らし、磁束密度の増大を図ることができる。また、最内周側と最外周側とを第１の層群とすることで、鉄心厚さの増大が抑えられる。

上記第２の実施例によっても、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することができる。

図５は、本発明の第３の実施例の説明図で、第３の実施例としての変圧器に用いる鉄心３の断面構成を示す。
図５において、ｂ_１、ｂ_２はそれぞれ、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層、ａ_１、ａ_２、ａ_１'、ａ_２'はそれぞれ、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層、ａは、第１の層ａ_１、ａ_２から成る第１の層群、ｂは、第２の層ｂ_１、ｂ_２から成る第２の層群、ａ'は、第１の層ａ_１'、ａ_２'から成る第１の層群である。本第３の実施例では、鉄心３において、第１の層ａ_１または第１の層ａ_１、ａ_２から成る第１の層群ａが環状の最内周側に設けられる。第１の層群ａと第２の層群ｂと第１の層群ａ'は交互に設けられ、最外周側に第１の層群ａ'が設けられる。積層の中間部に第２の層群ｂを設け、積層の最内周側と最外周側と第２の層群を設けることで、鉄心の厚さ方向の磁束密度の差を減らすことができる。第２の層群ｂを設けることで鉄心厚さの増大も抑えられる。

上記第３の実施例によっても、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することができる。

図６は、本発明の第４の実施例の説明図で、第４の実施例としての変圧器に用いる鉄心３の断面構成を示す。本実施例では、上記第１の実施例と同様、第１の層（板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層）を内周側に、第２の層（板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた層）を外周側に設け、さらに、一部の上記第１の層における両端部が重ね合わされる部分をコーナー部に設ける。

図６において、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４はそれぞれ、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層、ｂ_１は、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層、ａは、第１の層ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４から成る第１の層群、ｂは、第２の層ｂ_１から成る第２の層群である。第１の層ａ_１の両端部が重ね合わされる部分はコーナー部Ｃ_１に、同じく第１の層ａ_４の両端部が重ね合わされる部分はコーナー部Ｃ_２に設けられる。第１の層の接合部（両端の重ね合わせ部）をコーナー部に設けることで鉄心厚さの増大を抑えることができる。また、第１の層ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４及び第１の層群ａを内周側に設ける構成のため、全体的に磁束密度を高めることができる。

上記第４の実施例によっても、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することができる。

図７は、本発明の第５の実施例の説明図で、第５の実施例としての変圧器に用いる鉄心３の断面構成を示す。本実施例では、全層を第１の層（板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層）で構成し、そのうち一部の層における両端部が重ね合わされる部分（接合部）を２つのコーナー部に分散させて設け、さらに最内周側の層と最外周側の層における接合部を同じ１つのコーナー部に設ける。

図７において、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５はそれぞれ、板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層、ａは、第１の層ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５から成る第１の層群である。最内周側の第１の層ａ_１及び最外周側の第１の層ａ_５の両端部が重ね合わされる部分（接合部）はコーナー部Ｃ_１に、同じく第１の層ａ_４の両端部が重ね合わされる部分（接合部）はコーナー部Ｃ_２に設けられる。第１の層の接合部（両端の重ね合わせ部）をコーナー部に設けることで鉄心厚さの増大を抑えることができる。また、全層を第１の層ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５で構成するため、全体的に磁束密度を高めることができる。

図８は、本発明の第６の実施例の説明図である。
図８において、ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５はそれぞれ、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３はそれぞれ、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層、ａは、第１の層ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５から成る第１の層群、ｂは、第２の層ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３から成る第２の層群である。第１の層ａ_１の両端部が重ね合わされる部分はコーナー部Ｃ_１に、同じく第１の層ａ_５の両端部が重ね合わされる部分はコーナー部Ｃ_２に設けられる。第１の層の接合部（両端の重ね合わせ部）をコーナー部に設けることで、鉄心厚さの増大を抑えることができる。また、第１の層ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５及び第１の層群を外周側に設ける構成のため、鉄心全体の磁束分布を均一に近づけることができる。また、上記構成により、鉄心の製作作業性の改善も可能となる。

上記のように、上記第５、第６の実施例のそれぞれによっても、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善と鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することができる。

なお、上記第４、第５及び第６の実施例のように、各層において両端部が重ね合わされる部分（接合部）をコーナー部に配する構成は、上記第２、第３の実施例のように第１の層群と第２の層群とが交互に配される構成に対しても適用可能である。この場合は、第１の層群内の一部の第１の層または全部の第１の層の接合部を、例えば複数のコーナー部に分散させる等して配する。また、鉄心を形成する板状磁性材は、アモルファスの薄板材（薄帯材）が数十枚重ねられて成る複合構造のものに限定されず、珪素鋼板など他の磁性材であってもよい。

本発明の第１の実施例としての変圧器の構成例図である。 図１の変圧器に用いる鉄心の断面構成図である。 図２の鉄心内の磁束分布の説明図である。 本発明の第２の実施例の説明図である。 本発明の第３の実施例の説明図である。 本発明の第４の実施例の説明図である。 本発明の第５の実施例の説明図である。 本発明の第６の実施例の説明図である。

符号の説明

１…変圧器、
２…コイル、
３…鉄心、
ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_４、ａ_５、ａ_１'、ａ_２'…第１の層、
ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３、ｂ_１'、ｂ_２'…第２の層、
ａ…第１の層群、
ｂ…第２の層群、
Ｃ_１、Ｃ_２…コーナー部。

Claims (2)

1. 板状磁性材を複数層に積層し環状に成形した鉄心と励磁用のコイルとを備えて成る変圧器であって、
   上記鉄心が、
   第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層されて成る第１の層群と、
   第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層されて成る第２の層群と
   を備え、
   上記第１の層群と上記第２の層群が交互に配され、
   最内周側が上記第１の層群のとき最外周側にも第１の層群が配され、最内周側が上記第２の層群のとき最外周側にも第２の層群が配され、
   上記第１の層群は、第１の層における上記第１の板状磁性材の両端部の重ね合わせ部がコーナー部に配されている
   構成を特徴とする変圧器。
2. 板状磁性材を複数層に積層し環状に成形した鉄心と励磁用のコイルとを備えて成る変圧器であって、
   上記鉄心が、
   第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層されて成る第１の層群と、
   第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層されて成る第２の層群と
   を備え、
   上記第２の層群と上記第１の層群が交互に配され、
   最内周側及び最外周側には上記第２の層群が配された
   構成を特徴とする変圧器。

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