JP4734757B2

JP4734757B2 - 三相巻鉄心

Info

Publication number: JP4734757B2
Application number: JP2001146442A
Authority: JP
Inventors: 正市松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002343647A

Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
この発明は、三相変圧器、三相リアクトル等に用いる三相巻鉄心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の三相巻鉄心の一般的な構成を示す説明図であり、図７の（ａ）は正面図、図７の（ｂ）は側面図である。図において、１及び２は電磁鋼板を図示しない巻芯に巻回して成形した第１の内側鉄心及び第２の内側鉄心、３は内側鉄心と同様に成形した外側鉄心、１ａ、２ａ及び３ａはステップラップ接合部、３ｂ及び３ｃは外側鉄心３の内周側の電磁鋼板に生じた弛み部分、４及び５は外側鉄心３の内周側と第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２の外周側により形成された空洞部、６は締め付けバンドである。
【０００３】
また、図８は、ステップラップ接合部１ａ、２ａ及び３ａの詳細を示す説明図であり、７は電磁鋼板、８は間隙である。このように、ステップラップ接合部１ａ、２ａ及び３ａにおける電磁鋼板７の突き合わせ部分には間隙８が存在する。
【０００４】
このような三相巻鉄心は、外側鉄心３に第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２を内接するように組み立て、焼鈍し、冷却した後、第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２並びに外側鉄心３を分解し、図示しない同心状の高圧コイルと低圧コイル内に、第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２並びに外側鉄心３を各々のステップラップ接合部１ａ及び２ａ及び３ａを開いて挿入して組み立て、締め付けバンド６及びコイル固定部品等を装着して、例えば三相変圧器として使用されるものである。
【０００５】
図９は、実開昭５７−１５７１２３号公報に開示された、従来の三相巻鉄心の別の構成を示す説明図であり、図７と同一符号は同一又は相当部分を示している。図９において、９及び１０は、鉄心の振動数と極端に離れた固有振動数を持ち、弾性を有する高分子材料からなる防振スペーサ、Ａ１は上部継鉄部、Ａ２は下部継鉄部、Ｂは脚部であり、脚部Ｂの周囲に図示しないコイルが巻装される。
【０００６】
図９の三相巻鉄心は、第１の内側鉄心１と外側鉄心３との間及び第２の内側鉄心２と外側鉄心３との間に間隙を作り、この間隙に、防振スペーサ９を挿入すると共に、前記空洞部にも略三角状の防振スペーサ１０を挿入して構成されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
三相巻鉄心により三相変圧器等を構成する場合において、近年、三相巻鉄心には、励磁による電磁鋼板の磁歪振動及び交流磁界による電磁振動等により発生する騒音の低減が強く求められている。
【０００８】
図７のような構成の従来の三相巻鉄心においては、前記焼鈍中又は鉄心組み立て時に、空洞部４及び５周りの外側鉄心３の内周側の電磁鋼板に弛み部分３ｂ及び３ｃが生じ、弛んだ電磁鋼板は振動し易く、騒音が大きくなるという問題点があった。
【０００９】
図９のような構成の従来の三相巻鉄心は、図７のような従来の三相巻鉄心の問題点を解決するためになされたものであるが、鉄心の振動数と極端に離れた固有振動数を有する防振スペーサ９及び１０による振動絶縁効果を利用する都合上、継鉄部と脚部の両方において、第１の内側鉄心１と外側鉄心３との間及び第２の内側鉄心２と外側鉄心３との間に防振スペーサを挿入するための間隙が必要となるため、その分だけ鉄心が大きくなり、特に脚部が大きくなるとその外側に巻装されるコイルの寸法が大きくなるため、製造コストが上昇するという問題点があった。
【００１０】
また、鉄心の振動数と極端に離れた固有振動数を有する防振スペーサ９及び１０として用いる高分子材料は鉄等の金属材料と比較して高価であると共に、前記防振スペーサを挿入するための間隙並びに空洞部４及び５に多数の防振スペーサ９及び１０を挿入するため、材料費、加工費、部品点数及び組み立て工数の増加等により、製造コストが上昇するという問題点があった。
【００１１】
また、防振スペーサ９を、図９のように分散して局所的に挿入するため、第１の内側鉄心１及び外側鉄心３の防振スペーサ９との接触面並びに第２の内側鉄心２及び外側鉄心３の防振スペーサ９との接触面に集中荷重がかかり、この集中荷重による鉄心の歪みにより無負荷損等の鉄心特性が損なわれるという問題点があった。
【００１２】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、騒音を低減することができると共に鉄心特性を向上することができる三相巻鉄心を得ることを目的とする。
【００１３】
また、製造コストを低減することができる三相巻鉄心を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る三相巻鉄心は、外側鉄心と、この外側鉄心の内側に配設された互いに隣接する第１の内側鉄心及び第２の内側鉄心とからなる三相巻鉄心において、
前記外側鉄心の内周側継鉄部において、
縦方向長さを前記外側鉄心の継鉄部の直線部分の長さと略同一とする、
前記外側鉄心の内周側の弛み発生抑制用補強板を、前記外側鉄心及び第１の内側鉄心並びに前記外側鉄心及び第２の内側鉄心により挟持するとともに、前記外側鉄心のステップラップ接合部を前記補強板の縦方向長さの略一杯の範囲にわたって設けてなるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る三相巻鉄心の構成を示す説明図であり、図において、１及び２は電磁鋼板を図示しない巻芯に巻回して成形した第１の内側鉄心及び第２の内側鉄心、３は内側鉄心と同様に成形した外側鉄心、１ａ、２ａ及び３ａはステップラップ接合部、４及び５は外側鉄心３の内周側と第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２の外周側により形成される空洞部、６は締め付けバンド、１１は外側鉄心３の内周側の弛み発生抑制用補強板である。また、Ａ１は上部継鉄部、Ａ２は下部継鉄部、Ｂは脚部、Ｌは外側鉄心３の継鉄部の直線部分の長さである。脚部Ｂの周囲に図示しないコイルが巻装される。
【００２２】
第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２は、電磁鋼板を図示しない巻芯に巻回後、略四角状に成形したものであり、電磁鋼板としては、方向性珪素鋼板等が用いられる。外側鉄心３は第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２と同様に成形したものであり、この外側鉄心３に第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２を内接するように組み立てる。
【００２３】
以下において、補強板１１のＹ方向の長さを「縦方向長さ」、Ｘ方向の長さを「横方向長さ」、Ｚ方向の長さを「厚さ」と呼ぶ。
【００２４】
補強板１１は、上部継鉄部Ａ１及び下部継鉄部Ａ２に挿入されており、三相巻鉄心製作時に外側鉄心３の内周側電磁鋼板の弛みの発生を抑制できる剛性を有し、外側鉄心３及び第１の内側鉄心１並びに外側鉄心３及び第２の内側鉄心２により挟持される縦方向長さを持っている。図１の例では、補強板１１の縦方向長さは、外側鉄心３の継鉄部の直線部分の長さＬと略同一となっている。例えば、補強板１１としては、２〜６ｍｍ程度の厚さの鉄板を用いることができる。
【００２５】
このような補強板１１の形状は、補強板１１のヤング率並びに補強板１１の縦方向長さ、横方向長さ及び厚さにより決まる剛性が、三相巻鉄心製作時に外側鉄心３の内周側の弛みの発生を抑制できる剛性となるように、例えば実験により決定することができる。補強板１１の厚さは、製造コスト低減及び小形化のために、なるべく薄くすることが望ましい。
【００２６】
第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２並びに外側鉄心３は、加工劣化による鉄心特性の低下を回復させるために不活性ガス雰囲気中で高温に加熱して焼鈍するが、図１のように組み立てた状態で焼鈍する。この時、第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２並びに外側鉄心３で形成される空洞部４及び５の外側鉄心３の内周側（外側鉄心３の内周側継鉄部）に、補強板１１を当てがい、外側鉄心３の内側の電磁鋼板に弛みを生じないようにする。前記焼鈍後、第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２並びに外側鉄心３を解体し、図示しないコイルに装着するが、外側鉄心３の内周側継鉄部に補強板１１を当てがい、外側鉄心３の電磁鋼板が内側に弛みを生じないようにして再び元の形状に復元する。
【００２７】
図１の構成では、外側鉄心３の内周側継鉄部に補強板１１を沿わせているので、外側鉄心３の内側の電磁鋼板が補強板１１により矯正される。このように、補強板１１による容易かつ確実な押さえ付け効果により、外側鉄心３の内周側の弛みの発生を抑制できると共に、図８に示した外側鉄心３のステップラップ接合部３ａにおける電磁鋼板７の突き合わせ部分の間隙８を小さくすることができる。また、補強板１１は、外側鉄心３及び第１の内側鉄心１並びに外側鉄心３及び第２の内側鉄心２により挟持される縦方向長さを持っているため、外側鉄心の上部継鉄部Ａ１及び下部継鉄部Ａ２の直線部分の広い範囲にわたり、外側鉄心３の矯正効果を有する。従って、交流磁界による電磁鋼板の振動を抑制でき、騒音を低減することができると共に無負荷損も低減することができる。
【００２８】
また、補強板１１は脚部Ｂには挿入しない構成であるため、従来技術の図９の構成と比較して脚部Ｂに巻装されるコイルの寸法を小さくすることができるため、製造コストを低減することができる。
【００２９】
また、従来技術の図９の構成のように鉄等の金属材料と比較して高価な高分子材料からなる防振スペーサを多数用いる構成ではないため、材料費、加工費、部品点数及び組み立て工数の削減等により、製造コストをさらに低減することができる。補強板１１として鉄板等の比較的安価な金属材料を用いた場合には、特に製造コストを低減することができる。
【００３０】
また、補強板１１は、その縦方向長さを例えば図１の構成では外側鉄心３の継鉄部の直線部分の長さＬと略同一としており、すなわち縦方向長さをなるべく長くしているため、前記電磁鋼板の矯正効果と共に、外側鉄心にかかる内側鉄心の荷重の分散効果が大きくなる。従って、従来技術の図９の構成のような集中荷重による鉄心の歪みが生じないため、鉄心特性を向上させることができる。
【００３１】
以上の説明においては、補強板１１として鉄等の金属材料を用いる場合を示したが、特に磁性体からなる場合は、従来技術の図９の構成のように非磁性体の防振スペーサ９、１０を用いた場合と比較して、磁性体からなる補強板１１挿入部分近傍の鉄心内磁束密度を低減することができ、無負荷損と騒音をさらに低減することができる。
【００３２】
また、補強板１１に用いられる材料は以上説明したものに限定されるものではなく、外側鉄心３の内周側電磁鋼板の弛みの発生を抑制できる材料であればよい。例えば、２種以上の素材の物性を活かして複合された金属基複合材料等の複合材料、制振鋼板等の制振材料、又は積層接着珪素鋼板等を使用することもできる。
【００３３】
補強板１１として金属基複合材料を用いた場合には、金属母材に強化繊維等を混入して金属単体よりも機械的特性を向上させることができる。例えば強化繊維を金属母材に混入して比剛性を上げることにより、補強板１１の厚さをより薄くしても外側鉄心３の内周側電磁鋼板の弛みの発生を抑制できる剛性を確保することがでるため、より小形化を図ることができる。
【００３４】
補強板１１として制振鋼板を用いた場合には、制振鋼板の振動減衰特性により、補強板１１として鉄板を用いた場合の効果に加えて、さらに電磁鋼板の振動を抑制でき、騒音を低減することができる。
【００３５】
図２は、補強板１１として用いる積層接着珪素鋼板の構成を示す説明図であり、図において、１２は補強板として用いる積層接着珪素鋼板、１２ａは薄板の短冊状の珪素鋼板である。積層接着珪素鋼板１２は、薄板の短冊状の珪素鋼板１２ａを接着剤で接着して所定の厚さに積層しているので、一体化され剛性が高く、かつ磁気特性の良好なものとなっている。補強板１１として積層接着珪素鋼板１２を用いた場合は、補強板１１として鉄板を用いた場合の効果に加えて、積層接着珪素鋼板１２が挿入部分に隣接する鉄心の一部として作用するため、積層接着珪素鋼板１２挿入部分近傍の鉄心内磁束密度の低減効果が大きく、無負荷損と騒音をさらに低減することができる。
【００３６】
以上の説明においては、補強板１１が上部継鉄部Ａ１と下部継鉄部Ａ２の両方に挿入されている場合を示したが、騒音等の要求仕様の程度に応じて、補強板１１を上部継鉄部Ａ１と下部継鉄部Ａ２のいずれかのみに挿入してもよい。
【００３７】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る三相巻鉄心の構成を示す説明図であり、実施の形態１の図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。図３において、１３は例えばゴム材料からなる弾性板であり、補強板１１に沿わせて内側鉄心側に配設されている。外側鉄心３の内周側継鉄部において、補強板１１が外側鉄心３側になるように、補強板１１及び弾性体１３を外側鉄心３及び第１の内側鉄心１並びに外側鉄心３及び第２の内側鉄心２により挟持している。例えば補強板１１としては厚さが２〜６ｍｍ程度の鉄板、弾性板１３としては厚さが１〜３ｍｍ程度のゴム板を用いることができる。
【００３８】
図３のような構成によれば、実施の形態１と同様の作用効果を奏すると共に、弾性板１３により外側鉄心３及び第１の内側鉄心１の間並びに外側鉄心３及び第２の内側鉄心２の間にできる隙間の調整が容易となり、より確実に外側鉄心３の内周側電磁鋼板の弛みの発生を抑制することができるため、さらに効果的に交流磁界による電磁鋼板の振動を抑制でき、騒音を低減することができると共に無負荷損も低減することができる。
【００３９】
図４は、この発明の実施の形態２に係る三相巻鉄心の別の構成を示す説明図であり、図３と同一符号は同一又は相当部分を示している。図４において、１３ａは三角柱状の弾性体である。外側鉄心３の内周側継鉄部において補強板１１を外側鉄心３及び第１の内側鉄心１並びに外側鉄心３及び第２の内側鉄心２により挟持すると共に、空洞部４及び５において三角柱状の弾性体１３ａを補強板１１並びに第１の内側鉄心１及び第２の内側鉄心２により拘持しており、このような構成によっても、図３による構成と同様の作用効果を奏する。
【００４０】
図４においては、三角柱状の弾性体１３ａを用いる場合を示したが、空洞部４及び５に挿入する弾性体は三角柱状に限定されるものではなく、円柱状等他の形状であってもよい。
【００４１】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る三相巻鉄心の構成を示す説明図であり、実施の形態１の図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。図５において、３ｄは外側鉄心３のステップラップ接合部である。また、図６は、ステップラップ接合部３ｄの詳細を示す説明図であり、７は電磁鋼板、８は間隙である。この発明の実施の形態３に係る三相巻鉄心の構成は、ステップラップ接合部３ｄ以外は実施の形態１の図１と同様である。
【００４２】
図５において、外側鉄心３の内周側の弛み発生抑制用補強板１１の縦方向長さは、外側鉄心３の継鉄部の直線部分の長さＬと略同一となっており、補強板１１は、外側鉄心３のステップラップ接合部３ｄ側の下部継鉄部Ａ２において、外側鉄心３の矯正効果があるため、外側鉄心３の弛みを抑制することができ、このような矯正効果が及ぶ範囲一杯にわたってステップラップ接合部を設けることができる。すなわち、図５においては、ステップラップ接合部３ｄは、補強板１１の縦方向長さの略一杯の範囲にわたって設けられている。
【００４３】
このようにステップラップ接合部を構成できる範囲が広くなるため、ステップラップ接合部を図５及び図６の３ｄのように広くした場合においては、外側鉄心３のＸＺ断面における全断面積に対する接合部の間隙８の占める比率を大幅に低減することができる。さらに、前記外側鉄心３の矯正効果により間隙８を狭くすることができる。
【００４４】
従って、実施の形態１と比べて、ステップラップ接合部がある部分の電磁鋼板内の磁束密度を低減でき、騒音及び無負荷損をさらに低減することができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明に係る三相巻鉄心は、以上説明したように構成されているので、騒音を低減することができると共に鉄心特性を向上することができるという効果を奏する。また、この発明に係る三相巻鉄心は、製造コストを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る三相巻鉄心の構成を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る三相巻鉄心の補強板として使用される積層接着珪素鋼板の説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る三相巻鉄心の構成を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る三相巻鉄心の別の構成を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る三相巻鉄心の構成を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る三相巻鉄心の外側鉄心のステップラップ接合部の詳細を示す説明図である。
【図７】従来の三相巻鉄心の一般的な構成を示す説明図である。
【図８】従来の三相巻鉄心のステップラップ接合部の詳細を示す説明図である。
【図９】従来の三相巻鉄心の別の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１第１の内側鉄心、２第２の内側鉄心、３外側鉄心、１ａ、２ａ、３ａ、３ｄステップラップ接合部、３ｂ、３ｃ弛み部分、４、５空洞部、６締め付けバンド、７電磁鋼板、８間隙、１１補強板、１２積層接着珪素鋼板、１２ａ薄板の短冊状の珪素鋼板、１３弾性板、１３ａ三角柱状の弾性体、Ａ１上部継鉄部、Ａ２下部継鉄部、Ｂ脚部、Ｌ外側鉄心継鉄部の直線部分の長さ。

Claims

外側鉄心と、この外側鉄心の内側に配設された互いに隣接する第１の内側鉄心及び第２の内側鉄心とからなる三相巻鉄心において、
前記外側鉄心の内周側継鉄部において、
縦方向長さを前記外側鉄心の継鉄部の直線部分の長さと略同一とする、
前記外側鉄心の内周側の弛み発生抑制用補強板を、
前記外側鉄心及び第１の内側鉄心並びに前記外側鉄心及び第２の内側鉄心により挟持するとともに、
前記外側鉄心のステップラップ接合部を前記補強板の縦方向長さの略一杯の範囲にわたって設けてなること特徴とする三相巻鉄心。