JP4568992B2

JP4568992B2 - 静止誘導電器の鉄心構造

Info

Publication number: JP4568992B2
Application number: JP2000355742A
Authority: JP
Inventors: 政芳伊藤
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002158117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、整流器用変圧器や相間リアクトルなどの静止誘導電器の鉄心構造に関し、特に、騒音が発生し難い静止誘導電器の鉄心構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図である。相間リアクトルの鉄心１が、下部の水平ヨーク３Ｂと両側脚３Ａとからなるコの字状の鉄心３と、上部の水平ヨーク４とで構成され、両側脚３Ａと上部の水平ヨーク４との間に空隙５が介装されている。
【０００３】
図７における鉄心１でもって構成される相間リアクトルは、３相星形結線変圧器が整流器に結線されてなる多相整流装置に用いられるものである。すなわち、多相整流装置は、２台の３相星形結線変圧器の出力側が整流器を介して直流負荷の一方端に接続されるとともに、２台の３相星形結線変圧器の中性点側が鉄心１の窓１１を貫通した後に直流負荷の他方端に接続される。その際、２台の３相星形結線変圧器の中性点側からのリードが、それぞれ鉄心１の窓１１を互いに逆方向に貫通するように結線され、３相星形結線変圧器の間に循環電流が流れるのが防止されている。しかしながら、２台の３相星形結線変圧器のうち、どちらかの直流出力電流が多くなると、その出力電流の値に応じた方向の磁束が鉄心１内を流れ、その鉄心１が直流偏磁する。その場合の磁束密度が大きいと鉄心１が飽和し、循環電流の防止機能が失われてしまう。そのために、図７のように相間リアクトルの鉄心１には非磁性の空隙５が介装されている。それによって、鉄心１の磁気抵抗が大きくなるので、磁束が飽和するまでの電流値が大きくなる。したがって、２台の３相星形結線変圧器からの直流出力電流の均衡が例えくずれても、鉄心１が直流偏磁し難くなりその循環電流の防止機能が維持される。なお、図示されていないが、実際には空隙５には非磁性の絶縁物が介装され鉄心１の全体が上下から機械的に締め付けられている。
【０００４】
図８は、従来の整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。整流器用変圧器の鉄心２が、下部の水平ヨーク６Ｃと両側脚６Ａと中央脚６Ｂとからなるヨの字状の鉄心６と、上部の水平ヨーク７とで構成され、両側脚６Ａおよび中央脚６Ｂと、上部の水平ヨーク７との間に空隙５０が介装されている。整流器用変圧器においては、両側脚６Ａにそれぞれ一次巻線と二次巻線が巻回され、その二次巻線に整流器が接続される。中央脚６Ｂは、両側脚６Ａで発生する磁束の位相差を補正するための帰路脚の役目を担っている。また、空隙５０は、図７における空隙５と同様に、鉄心２の直流偏磁を防止するためのものである。すなわち、整流器用変圧器の二次巻線に接続される整流器の僅かな切り入れの時間のずれにより、その二次巻線に流れる電流に直流分が発生する。この直流分により、鉄心２が直流偏磁し飽和し易くなる。鉄心２に非磁性の空隙５０が介装されることによって、鉄心２の磁気抵抗が大きくなる。したがって、磁束が飽和するまでの電流値が大きくなり、鉄心２が直流偏磁し難くなる。なお、図示されていないが、実際には空隙５０にも非磁性の絶縁物が介装され鉄心２の全体が上下から機械的に締め付けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の静止誘導電器の鉄心構造には、空隙の存在に起因する騒音を抑えるためにその鉄心の上下からの締め付けを強固にしなければならないという問題があった。
すなわち、鉄心に空隙が介装されると鉄心を振動させる力が発生し、その振動でもって騒音が起き易くなる。鉄心の磁束密度をＢとすると、空隙の両側における鉄心の端部に働く単位面積当たりの力Ｆ₀は、
【０００６】
【数１】
Ｆ₀＝Ｂ²／（２μ₀）（１）
となる。ここで、μ₀は真空中の透磁率である。この力Ｆ₀が鉄心を振動させ、騒音を起こす。そのために、従来は鉄心に空隙が存在する場合、その鉄心の上下を強固に締め付けることによって、その騒音の発生を抑えていた。したがって、鉄心を機械的に締め付けるための構造が大がかりになり、装置の大型化とコストアップとを招いていた。
この発明の目的は、鉄心に働く力を従来より減らすことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明によれば、周回する鉄心が方向性珪素鋼板でもって形成されてなる静止誘導電器の鉄心構造において、周回する前記鉄心の一部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向に対して所定の角度で交叉するように配設されるとともに、周回する前記鉄心の他の部分では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向となるように配設されてなるようにするとよい。それによって、鉄心の一部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向ではなく所定の角度，例えば９０度で交叉するように配設されるので、その分だけ鉄心を周回する磁気抵抗が大きくなり直流偏磁し難くなる。また、前記鉄心の一部における周回方向での比透磁率は他の部分における周回方向での比透磁率よりも小さいものの１以上の充分に大きい値なので、鉄心を振動させる力が、従来のような鉄心に非磁性の空隙を介装した構成より減少するようになる。したがって、騒音を低減するために鉄心を機械的に締め付ける構造を、従来のような鉄心に非磁性の空隙を介装した構成の場合ほど大がかりにする必要がなくなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例および参考例に基づいて説明する。図１は、この発明の参考例にかかる相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は互いに異なる構造の例である。図１の（Ａ）は、鉄心１の両側脚３Ａと上部の水平ヨーク４との間にそれぞれ磁性体８が介装され、この磁性体８の透磁率は上部の水平ヨーク４の透磁率やコの字状鉄心３の透磁率より小さい材料でもって形成されている。図１の（Ａ）のその他は、図７の従来の構成と同じであり、従来と同じ部分は同一参照符号を付けることによって詳細な説明は省略する。すなわち、図７における空隙５に磁性体８が嵌め込まれた構成になっている。それによって、磁束が透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心１を周回する磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より大きくなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、（１）式と同様に、鉄心の磁束密度をＢ、真空中の透磁率をμ ₀ とするとともに、透磁率の小さい方の磁性体の比透磁率がμ _S であるときに、透磁率の異なる磁性体の境界面に働く単位面積当たりの力Ｆ ₁ は、
【数２】
Ｆ ₁ ＝Ｂ ^２／（２μ ₀ ・μ _S ）（２）
であることから、磁性体８の比透磁率をμ_Sとすると、磁性体８の境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力のμ_S分の１という小さいものとなる。それによって、鉄心１を振動させる力が従来より減少し、騒音が低減される。したがって、鉄心１を機械的に締め付けるための構造をそれ程大がかりにする必要がなくなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。磁性体８の材料としては、例えば、磁性のある粉末を固めて成形した磁性粉末でもよく、その比透磁率μ_Sが５であれば、磁性体８の境界面に働く力Ｆ₁は，従来の空隙の場合の５分の１になる。なお、磁性体８は、両側脚３Ａと下部の水平ヨーク３Ｂとの間に介装されてもよい。
【００１１】
図１の（Ｂ）は、鉄心１の上部の水平ヨーク４の途中に図１の（Ａ）と同様な材料である磁性体８が介装された例であり、図１の（Ｂ）のその他は、図１の（Ａ）の構成と同じである。それによっても、磁束が透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心１を周回する磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より大きくなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、磁性体８の境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力のμ_S分の１という小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、磁性体８は、両側脚３Ａや下部の水平ヨーク３Ｂの途中に介装されてもよい。
【００１２】
図２は、この発明の実施例にかかる相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は互いに異なる構造の例である。図２の（Ａ）は、鉄心１が、コの字状鉄心９と上部の水平ヨーク９Ｃとで構成されている。コの字状鉄心９は、いずれも方向性珪素鋼板でもって形成された両側脚９Ａと下部の水平ヨーク９Ｂからなる。両側脚９Ａは、その磁気抵抗の小さい方向、すなわち、透磁率の大きい方向が矢印のように上下方向に向けられ、下部の水平ヨーク９Ｂは、その磁気抵抗の小さい方向が矢印のように左右方向に向けられている。一方、上部の水平ヨーク９Ｃは、その磁気抵抗の小さい方向が矢印のように上下方向に向けられている。両側脚９Ａと下部の水平ヨーク９Ｂとはそれらの端部が４５度に切られた状態で接合されている。両側脚９Ａと上部の水平ヨーク９Ｃとは、短冊型に形成され互いに突き合わされた状態で接合されている。図２の（Ａ）のその他は、図１の構成と同じである。上部の水平ヨーク９Ｃの磁気抵抗の小さい方向が左右方向，すなわち周回方向に向けられてあれば鉄心１を周回する磁気抵抗が小さくなって鉄心１が直流偏磁し易くなるが、図２の（Ａ）の構成では、上部の水平ヨーク９Ｃの磁気抵抗の小さい方向が上下方向，すなわち周回方向に直交する方向に向けられているため、磁束が上部の水平ヨーク９Ｃの磁気抵抗の大きい左右方向を通るので、その分だけ鉄心１を周回する磁気抵抗が大きくなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、上部の水平ヨーク９Ｃにおける周回方向での比透磁率は、コの字状鉄心９における周回方向での比透磁率より小さいものの１以上の充分に大きい値なので、両側脚９Ａと上部の水平ヨーク９Ｃとの境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力より小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、上部の水平ヨーク９Ｃは、その磁気抵抗が両側脚９Ａや下部の水平ヨーク９Ｂの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性の珪素鋼板であってもよい。また、図２の（Ａ）の鉄心２は上下逆に配されてあってもよい。
【００１３】
図２の（Ｂ）は、鉄心１の上部の水平ヨーク９Ｄの途中に磁気抵抗の小さい方向が矢印のように上下方向に向けられた水平ヨーク９Ｅが介装されている。両側脚９Ａと上部の水平ヨーク９Ｄとはそれらの端部が４５度に切られた状態で接合されている。また、上部の水平ヨーク９Ｄ，９Ｅの端部同士は９０度に切られ互いに突き合わされた状態で接合されている。図２の（Ｂ）のその他は、図２の（Ａ）の構成と同じである。それによっても、磁束が上部の水平ヨーク９Ｅの磁気抵抗の大きい方向を通るので、鉄心１を周回する磁気抵抗が大きくなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、上部の水平ヨーク９Ｅにおける周回方向での比透磁率は、その他の水平ヨーク９Ｄなどにおける周回方向での比透磁率より小さいものの１以上の充分に大きい値であるので、水平ヨーク９Ｄと水平ヨーク９Ｅとの境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力より小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、上部の水平ヨーク９Ｅも、その磁気抵抗が両側脚９Ａや下部の水平ヨーク９Ｂや上部の水平ヨーク９Ｄの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性の珪素鋼板であってもよい。なお、図２の（Ｂ）の鉄心２も上下逆に配されてあってもよい。
【００１４】
図３は、この発明の異なる参考例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。鉄心２の両側脚６Ａおよび中央脚６Ｂと、上部の水平ヨーク７との間にそれぞれ磁性体８が介装され、この磁性体８の透磁率は図１と同様な材料であり、上部の水平ヨーク７の透磁率やヨの字状の鉄心６の透磁率より小さい材料でもって形成されている。図３のその他は、図８の従来の構成と同じであり、図８における空隙５０に磁性体８が嵌め込まれた構成になっている。それによって、磁束が透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心２を周回する磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より大きくなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、鉄心２を振動させる力が従来より減少し騒音が低減されることは、図１の場合と同様である。したがって、鉄心２を機械的に締め付けるための構造をそれ程大がかりにする必要がなくなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、磁性体８は、両側脚６Ａおよび中央脚６Ｂと、下部の水平ヨーク６Ｃとの間に介装されてもよい。
【００１５】
図４は、この発明のさらに異なる参考例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。鉄心２の上部の水平ヨーク７の途中の２個所に図１の（Ａ）と同様な材料である磁性体８が介装されている。磁性体８は上部の水平ヨーク７の両側脚６Ａと中央脚６Ｂの間にそれぞれ介装されている。図４のその他は、図３の構成と同じである。それによっても、磁束が透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心２を周回する磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より大きくなり鉄心２が直流偏磁し難くなる。しかも、磁性体８の境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力のμ_S分の１という小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、磁性体８は、両側脚６Ａや中央脚６Ｂや下部の水平ヨーク６Ｃの途中に介装されてもよい。
【００１６】
図５は、この発明の異なる実施例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。鉄心２が、ヨの字状鉄心１０と上部の水平ヨーク１Ｄとで構成されている。ヨの字状鉄心１０は、いずれも方向性珪素鋼板でもって形成された両側脚１０Ａと中央脚１０Ｃと下部の水平ヨーク１０Ｂからなる。両側脚１０Ａと中央脚１０Ｃは、その磁気抵抗の小さい方向、すなわち、透磁率の大きい方向が矢印のように上下方向に向けられ、下部の水平ヨーク１０Ｂは、その磁気抵抗の小さい方向が矢印のように左右方向に向けられている。一方、上部の水平ヨーク１０Ｄは、その磁気抵抗の小さい方向が矢印のように上下方向に向けられている。両側脚１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、下部の水平ヨーク１０Ｂとはそれらの端部が４５度に切られた状態でそれぞれ接合されている。両側脚１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、上部の水平ヨーク１０Ｄとは、短冊型に形成され互いに突き合わされた状態で接合されている。図５のその他は、図３の構成と同じである。上部の水平ヨーク１０Ｄの磁気抵抗の小さい方向が左右方向に向けられてあれば鉄心２を周回する磁気抵抗が小さくなって鉄心１が直流偏磁し易くなるが、磁束が上部の水平ヨーク１０Ｄの透磁率の小さい左右方向を通るので、その分だけ鉄心２を周回する磁気抵抗が大きくなり鉄心２が直流偏磁し難くなる。しかも、両側脚１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、上部の水平ヨーク１０Ｄとの境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力のμ_S分の１という小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、上部の水平ヨーク１０Ｄは、その磁気抵抗が両側脚１０Ａや中央脚１０Ｃや下部の水平ヨーク１０Ｂの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性の珪素鋼板であってもよい。また、図５の鉄心２は、上下逆に配されてあってもよい。
【００１７】
図６は、この発明のさらに異なる実施例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。鉄心２の上部の水平ヨーク１０Ｅの途中に磁気抵抗の小さい方向が矢印のように上下方向に向けられた水平ヨーク１０Ｆが介装されている。
両側脚１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、上部の水平ヨーク１０Ｅとはそれらの端部が４５度に切られた状態で接合されている。また、上部の水平ヨーク１０Ｅ，１０Ｆの端部同士は９０度に切られ互いに突き合わされた状態で接合されている。
図６のその他は、図５の構成と同じである。それによっても、磁束が上部の水平ヨーク１０Ｆの磁気抵抗の大きい方向を通るので、鉄心２を周回する磁気抵抗が大きくなり鉄心２が直流偏磁し難くなる。しかも、上部の水平ヨーク１０Ｆにおける周回方向での比透磁率は、その他の水平ヨーク１０Ｅなどにおける周回方向での比透磁率より小さいものの１以上の充分に大きい値であるので、水平ヨーク１０Ｆと水平ヨーク１０Ｅとの境界面に働く力Ｆ₁は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力より小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、上部の水平ヨーク１０Ｆも、その磁気抵抗が両側脚１０Ａや中央脚１０Ｃや下部の水平ヨーク１０Ｂや上部の水平ヨーク１０Ｅの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性の珪素鋼板であってもよい。また、図６の鉄心２も、上下逆に配されてあってもよい。
【００１８】
なお、上述の図２，５，６の実施例のように、周回する鉄心を方向性珪素鋼板でもって形成し、鉄心の一部では方向性珪素鋼板をその透磁率の大きい方向が周回方向に直交するように配設されるとともに、鉄心の他の部分では方向性珪素鋼板をその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向となるように配設される構成では、鉄心全体を１種類の磁性材料で構成することができるため、装置のコストをより低くすることが可能となる。
【００１９】
また、上述の図２の実施例における水平ヨーク９Ｃ，９Ｅ、図５の実施例における水平ヨーク１０Ｄおよび図６の実施例における水平ヨーク１０Ｆは、それぞれ透磁率の大きい方向を鉄心の周回方向に直交させたものであるが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、透磁率の大きい方向が鉄心の周回方向に９０度以外，例えば４５度で交叉する構成としてもよい。
【００２０】
また、上述の図２，５，６の実施例および図１，３，４の参考例はいずれも上部および下部の水平ヨークを備えた１階建ての鉄心構造に本発明を適用した構成を示すものであるが、本発明は、このような１階建ての鉄心構造に限定されるものではなく、上部の水平ヨークと下部の水平ヨークとの間に中間部の水平ヨークを備えた２階建てあるいは３階建ての鉄心構造にも同様に適用することができる。
【００２１】
また、上述の図２，５，６の実施例および図１，３，４の参考例は、２脚あるいは３脚の鉄心構造に本発明を適用した構成を示すものであるが、本発明は、このような２脚あるいは３脚の鉄心構造に限定されるものではなく、４脚あるいは５脚の鉄心構造にも同様に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は前述のように、周回する鉄心が方向性珪素鋼板でもって形成されてなる静止誘導電器の鉄心構造において、周回する前記鉄心の一部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向に対して所定の角度で交叉するように配設されるとともに、周回する前記鉄心の他の部分では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向となるように配設されてなるようにすることによって、装置の小型化とコストダウンが可能になる。また、鉄心全体を１種類の磁性材料で構成することができるようになるため、装置のコストをより低くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の参考例にかかる相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は互いに異なる構造の例
【図２】この発明の実施例にかかる相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は互いに異なる構造の例
【図３】この発明の異なる参考例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図
【図４】この発明のさらに異なる参考例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図
【図５】この発明の異なる実施例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図
【図６】この発明のさらに異なる実施例にかかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図
【図７】従来の相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図
【図８】従来の整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図
【符号の説明】
１，２：鉄心、８：磁性体

Claims

周回する鉄心が方向性珪素鋼板でもって形成されてなる静止誘導電器の鉄心構造において、周回する前記鉄心の一部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向に対して所定の角度で交叉するように配設されるとともに、周回する前記鉄心の他の部分では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向となるように配設されてなることを特徴とする静止誘導電器の鉄心構造。