JP4381351B2 - 三相巻鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、珪素鋼板製の三相巻鉄心を用いた三相変圧器等の静止誘導機器に関する。

三相変圧器に用いられる鉄心としては、積鉄心と巻鉄心とが知られており、積鉄心は比較的大形変圧器に適用される。積鉄心は、図７のようにコイル脚部１ａ〜１ｃと継鉄部２a、２ｂとから成り、各要素の接合部は４５°でカットしたものを突合せている。三相積鉄心の場合、突合せ箇所３ｄが６箇所あり、この接合形状が特性に大きく影響し、接合箇所が少ないほど特性が改善する。また、変圧器の磁束の流れは鉄心の外側にあまり磁束が流れないことから、コーナー部は無駄に鉄心を使用している。積鉄心の製作工程においても、上継鉄部２ａ、下継鉄部２ｂ、Ｕ相脚部１ａ、Ｖ相脚部１ｂ、Ｗ相脚部１ｃと形状の種類数が多く、切断作業の段取り工数を多く要する。また、切断後の鉄心形成の際に珪素鋼板を、１枚ずつ積層する作業にも多くの工数を要している。

これに対し、図８に示す三相変圧器の巻鉄心の場合には、積鉄心の場合とは珪素鋼板の積層方向が異なり、磁束の流れに沿った形状をしているので積鉄心に比して鉄心使用量を抑えることができる。また、切断した珪素鋼板をそのまま積層し、円環状にしたのち、成形型を使用して、矩形状にして焼鈍工程に移ることができる。この工程は機械化が容易で、手作業が積鉄心より少ないため、低コストで製作できる。また、突合せ箇所３ｄが少なく、鉄心の損失が少なくなるため、利点が多い。
しかし大形巻鉄心を製造する場合には、珪素鋼板切断工程、丸巻工程、矩形成形工程、焼鈍工程の各工程での設備が大形化するため、巻鉄心の製作は困難であり、通常、大型の場合には、積鉄心で変圧器を製作することが多い。

三相巻鉄心の他の従来例としては、下記特許文献２から特許文献４に示す構造のものが知られている。図９から図１１に、これらの特許文献２から特許文献４に記載された三相巻鉄心の構造の従来例を示す。
図９に記載された三相巻鉄心の従来例では、内側巻鉄心１３，１３を２個並べた外周に、第１の巻回体１４をと第２の巻回体１５を配置して外側巻鉄心１６を形成している。この場合、内側巻鉄心１３も外側巻鉄心１４も、それぞれ、１箇所の切断部１７を有している。
また、図１０に記載された三相三脚形の巻鉄心２０の従来例では、一対の内側巻鉄心２１、２１の外周には外側巻鉄心２３、２３が配置され、内側巻鉄心も外側巻鉄心も、２つの継目部分２４、２４を有している。また、前記一対の外側巻鉄心２３、２３の外周には外周巻鉄心２７が配置され、それぞれの２つ傾斜面の継目部分２８、２８を有している。図１０に記載された三相巻鉄心では、継目部分が脚部に位置しているため、高周波の振動による騒音が発生し、この騒音を抑えるために、あて板やバンドで固定することが必要である。
また、図１１に記載された三相三脚巻鉄心の従来例では、巻鉄心隣接して配置された２個の内鉄心２と、これらの内鉄心２の外周を囲む外鉄心３とからなる三相三脚巻鉄心構造を有し、外鉄心３ｂのヨーク直線部の全域にラップ接合部５ｂを分散させて外鉄心３ｂを形成している。２個の内鉄心は１箇所の接合部を有し、外鉄心は直線部の全域に分散させた１箇所の接合部を有している。

また、単相巻鉄心の構造の従来例として、下記特許文献４及び５に記載のものが知られている。
図１２及び図１３に、これらの単相巻鉄心の構造の従来例を示す。
図１２に記載された単相巻鉄心の構造の従来例では、内周側巻鉄心ブロックは１巻回毎に１箇所の突合せ接合部を有し、外周側鉄心ブロックは、１巻回毎に２箇所の突合せ接合部を有しているおり、外周側鉄心ブロックの２箇所の突合せ接合部を、巻鉄心のコーナー部近くの脚部に配置している。
また、図１３に記載された単相巻鉄心の構造の従来例では、巻鉄心２の外周側ブロック５を２分割し、巻鉄心の２箇所のコーナー部に接合部を有する単相巻鉄心が記載されている。
特開平５−１０１９４３号公報 特開２００１−２８４１３６号公報 特開２００５−７２１６１号公報 実開昭６２−１２９１４号公報 特開２０００−１８８２１９号公報

大形の静止誘導機器の小型化を図る上で、巻鉄心化は有効な手段であるが、製作工程の増大、製造設備の大形化を招く。この解決策として、周長の長い三相外鉄心を分割することが、有用である。これは鉄心切断長を抑え、また、分割することにより鉄心１ブロックの軽量化を図り、作業性を悪化させることなく、鉄心を製作することができ、またコイルと鉄心を組み合わせる作業においても作業的に有効である。またその接合部の形態についても製品特性に影響を与えないものとすることが課題となる。

本発明は、巻鉄心の大型化に対応するため、巻鉄心製作工程で三相外鉄心を二分割し、外鉄心接合部を外鉄心の上下継鉄部またはコーナー部に配置することにより、切断長を短くするとともに、小形の巻鉄心と同じ設備を用いて製作することを可能とするものである。
また、接合部の形状、方式を考慮することにより、鉄心特性の悪化を抑制するものである。また、鉄心接合部の形態によっては、変圧器の寸法にも影響を与える。例えば、接合部をステップラップ方式とすると、鉄心外形寸法は変わらないが、鉄心の損失が大きくなるが、これに対し、オーバーラップ方式すると、鉄心の損失は改善するが、接合部の寸法が増大するため、製品寸法に影響を与える。
本発明は、三相外鉄心の２ヶ所の接合部と上記２つの接合形態を組み合わせることによって、作業性、及び製品特性、寸法を考慮した三相巻鉄心及び三相変圧器を提供する。

本発明によれば、鉄心材料使用量を抑え、かつコンパクトな三相巻鉄心及び三相変圧器を製造することが可能になるとともにコストを抑えることができる。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

図１に本発明の第一実施例を示す。図１に示すように、三相の巻鉄心は、第１の内鉄心１と第２の内鉄心２と外鉄心３とを組み合わせて成るものである。変圧器の鉄心の磁束密度分布が内鉄心に集中することから、内鉄心は、鉄心損失を抑えるためにも内鉄心接合部４、内鉄心接合部５を分割せず、内鉄心１、内鉄心２のそれぞれに１箇所とするのが望ましい。また、内鉄心の場合は、珪素鋼板の切断長が比較的短いので、製造工程上の特段の制約を受けないことからも、１箇所接合がよい。
これに対し、外鉄心は接合部を１箇所とすると、切断長が長くなり、また、矩形に配置成形すると、外形寸法が大きくなり、設備の制約を受けやすくなる。そこで、外鉄心を２分割し、周長を短縮して、設備の制約を受けず、作業性を悪化させることなく製作することができる鉄心を供給する。
また、外鉄心接合部６、７を外鉄心の上下継鉄部に設けることにより、接合部の状態を確認でき、欠陥を顕在化することができる。また、外鉄心接合部が脚部に位置していないので、高周波振動による騒音を抑えるためのあて板やバンド等の固定部材を必要としない
また、外鉄心接合部７、８は、接合部の空隙を階段状にずらして接合するステップラップ方式を採用することにより、外鉄心接合部の厚さの増大を抑制することができ、下継鉄部の下面を平坦に形成できる利点がある。

図２に本発明の第二実施例を示す。第一実施例に示したステップラップ方式の外鉄心接合部は、接合部の寸法が抑制できる反面、磁束の流れを阻害しやすく、鉄心の損失が大きくなる。そこで、外鉄心接合部を少なくとも一方をオーバーラップにすることにより、損失の抑制を図る。図２の場合、オーバーラップ方式の外鉄心接続部７を上部継鉄部に配置することにより、変圧器寸法の増大を軽減できる。これは、上部金具と外鉄心上端の間には、隙間があり、また、結線用の端子が上部に配置されているため、この寸法範囲でオーバーラップ接合部の寸法増加分を納めることができる。

さらに、図３に示すように上下の外鉄心接合部６、７とも、オーバーラップ方式の接合部とすれば、さらに外鉄心の損失の抑制を図ることができる。
ここで、下継鉄部に形成した外鉄心接合部の接続部寸法が大きくなることから、鉄心が安定しない。安定を図るため、下部ラップ部の寸法増大分と同じ厚さのスペーサを入れることが望ましい。

図４に示すように、外鉄心接合部６、７を外鉄心３の矩形状の対角線上のコーナー部に配置することにより、オーバーラップによる製品寸法の大形化を抑えることが可能となる。

さらに、図５に示すように４箇所のコーナー部を使って外鉄心接合部６，７，８，９を分散し、ひとつのコーナー部に、外鉄心接合部がある層と外鉄心接合部の無い層が混在するように、外鉄心接合部６，７，８，９を配置すれば、外鉄心接合部の存在が、鉄心外形寸法に影響を及ぼすことが少なくなる。

上記の各実施例の三相巻鉄心を採用した三相変圧器の外観の例を図６に示す。
図６において、三相変圧器は、上記の各実施例の三相巻鉄心と、上記三相巻鉄心の三脚に装着された複数個のコイルとを組み合わせて構成される。

本発明は、三相変圧器の三相巻鉄心を実施例として説明したが、本発明の三相巻鉄心は、三相変圧器に限らず、珪素鋼板製の巻鉄心を必要とする電機機器すべてに利用可能である。

本発明の第一実施例を示す図。 本発明の第二実施例を示す図。 本発明の第三実施例を示す図。 本発明の第四実施例を示す図。 本発明の第五実施例を示す図。 本発明の三相巻鉄心を用いた三相変圧器の外観例を示す図。 三相積鉄心の従来例を示す図。 三相巻鉄心の従来例を示す図。 三相巻鉄心の他の従来例を示す図。 三相巻鉄心の他の従来例を示す図。 三相巻鉄心の他の従来例を示す図。 単相巻鉄心の接続部の従来例を示す図。 単相巻鉄心の接続部の従来例を示す図。

符号の説明

１ａ 積鉄心Ｕ相脚部
１ｂ 積鉄心Ｖ相脚部
１ｃ 積鉄心Ｗ相脚部
２ａ 積鉄心上部継鉄部
２ｂ 積鉄心下部継鉄部
３ｄ 鉄心突合せ部
１ 第１の内鉄心
２ 第２の内鉄心
３ 外鉄心
４ 内鉄心接合部
５ 内鉄心接合部
６ 外鉄心接合部
７ 外鉄心接合部
８ 外鉄心接合部
９ 外鉄心接合部

Claims (1)

1. 第１の内鉄心及び第２の内鉄心と、それらの内鉄心の外周に略矩形状に配置された外鉄心から成る三相巻鉄心において、
   上記第１の内鉄心及び第２の内鉄心は、それぞれ下側に１箇所接合部を設け、該接合部はステップラップ方式で接合され、
   上記外鉄心は、４分割され、略矩形状の各コーナー部に接合部を設け、該接合部はオーバーラップ方式で接合されたことを特徴とする三相巻鉄心。

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