JP5865131B2 - 円筒状鉄心及び鉄心鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、例えば変圧器やリアクトルといった静止誘導機器、又は誘導発熱ローラ装置といった誘導発熱機器などの電磁誘導機器に用いられる円筒状鉄心及びその鉄心鋼板に関するものである。

例えば従来の誘導発熱ローラ装置は、回転するローラと、当該ローラの内部に配置された磁束発生機構とによって主として構成されており、この磁束発生機構は一般的に、固定された円筒状鉄心と、この円筒状鉄心に巻装された誘導コイルとによって構成されている。

そして、上記鉄心としては、図１０に示すように、鉄心鋼板を巻回して構成した巻鉄心を用いている。しかしながら、この巻鉄心は、その鉄心鋼板と誘導コイルとが同方向に巻回されることから、鉄心鋼板自身が誘導コイルの二次巻線として作用し、その巻回方向に短絡電流が発生して鉄心が発熱してしまう。この短絡電流の発生を防止するために、巻鉄心の円周上にスリットを設ける必要がある。そうすると、巻鉄心自体の剛性が失われてしまい、自重による撓みが大きくなってしまうという問題がある。また、誘導コイルの励磁によって生じる漏洩磁束が鉄心鋼板をその厚さ方向に貫通することになるため、鉄心鋼板に渦電流が発生し、これが巻鉄心の発熱原因となる。巻鉄心が発熱すれば、巻鉄心の磁気特性が低下するばかりでなく、これに巻回されている誘導コイルの電気特性、絶縁特性等も低下してしまう。

一方、本出願人は上記問題点を解決するため、特許文献１及び特許文献２に示すように、幅方向断面において湾曲形状をなす湾曲部と、当該湾曲部の幅方向内径側に連続して形成された屈曲部とを有する多数枚の鉄心鋼板を円筒状に積層してなる円筒状鉄心を発明している。この円筒状鉄心によれば、巻装された誘導コイルが励磁された際に、これによって生じる漏洩磁束が鉄心鋼板にその厚さ方向に貫通することを低減することができる。これにより、渦電流の発生を低減することができ、鉄心の磁気特性のみならず誘導コイルの電気特性、絶縁特性の低下が回避できるといった、多くの利点が得られる。

しかしながら、上記の鉄心鋼板は、磁性鋼板からなる薄板にフォーミング加工を施すことにより湾曲部及び屈曲部を形成しているため、その加工が難しいという問題がある。つまり、幅の狭い長尺状をなす磁性鋼板において、その幅方向端部に屈曲部を形成するため、当該屈曲部を形成する際に鉄心鋼板が曲がってしまう等の加工精度の問題がある。この問題は、鉄心鋼板の量産の妨げとなるだけでなく、円筒状鉄心の占積率の低下を招いてしまう。

また、鉄心鋼板は、湾曲部の幅方向内径側をその湾曲部の湾曲方向側に屈曲させて屈曲部が形成されているため、全体として断面凹形状をなすものであり、剛性をある程度高めることができるものの、円筒状鉄心の使用条件によっては、その剛性では、不十分となる場合がある。さらに、多数の鉄心鋼板を積層する際に、各鉄心鋼板が全体として断面凹形状をなすことから、各鉄心鋼板の幅方向の位置が決まりにくいという問題がある。

実用新案登録第２５３２９８６号公報 特開２０００−３１１７７７号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、円筒状鉄心を構成する鉄心鋼板及び円筒状鉄心の製造を簡単にするとともに、円筒状鉄心の剛性を大きくすることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る円筒状鉄心は、幅方向断面において湾曲形状をなす湾曲部を有する複数の鉄心鋼板を円筒状に積み重ねることにより形成された円筒状鉄心であって、前記鉄心鋼板が、幅方向一端側に設けられた湾曲形状をなす第１の湾曲部と、幅方向他端側に設けられ、前記第１の湾曲部と同一方向に湾曲する湾曲形状をなす第２の湾曲部と、前記第１の湾曲部の幅方向内径側において第１の湾曲部の湾曲方向側に屈曲した第１の屈曲部、及び前記第２の湾曲部の幅方向外径側において第２の湾曲部の湾曲方向とは反対側に屈曲した第２の屈曲部を介して、前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部に連続して形成された中間連結部とを有することを特徴とする。

このようなものであれば、第１の湾曲部及び第２の湾曲部の間に第１の屈曲部及び第２の屈曲部を介して中間連結部を有する構成であるため、鉄心鋼板の中央部に屈曲部を形成することができ、鉄心鋼板のフォーミング加工を容易にすることができる。また、円筒状鉄心を製造する過程においては、各鉄心鋼板の第１の屈曲部同士及び第２の屈曲部同士を係合させるように重ね合わせれば良いので、円筒状鉄心の製造作業を簡単にすることができる。ここで、各鉄心鋼板それぞれが幅方向に凹凸形状を有することから、各鉄心鋼板の幅方向の位置決めを容易にすることができる。さらに、それら屈曲部同士が係合することにより、鉄心鋼板が径方向に抜脱してしまうことを防止することができる。その上、鉄心鋼板が、第１の屈曲部及び第２の屈曲部を介して中間連結部を有しているので、各鉄心鋼板の剛性を大きくすることができ、その鉄心鋼板を複数用いて構成された円筒状鉄心の剛性を大きくすることができる。

鉄心鋼板のフォーミング加工をより一層容易にするためには、前記第１の湾曲部の幅方向寸法と、前記第２の湾曲部の幅方向寸法とが略同一であることが望ましい。

さらに鉄心鋼板の剛性を大きくするとともに、各鉄心鋼板を積み重ねる作業を容易にするだけでなく、鉄心鋼板が径方向に抜脱してしまうことを一層好適に防止するためには、前記鉄心鋼板が、前記第２の湾曲部の幅方向内径側において第２の湾曲部の湾曲方向側に屈曲した第３の屈曲部を介して、前記第２の湾曲部に連続して形成された折れ曲がり部を有することが望ましい。

また、上記円筒状鉄心を構成する好適な鉄心鋼板としては、円筒状に積み重ねることにより円筒状鉄心を形成する鉄心鋼板であって、幅方向一端側に設けられた湾曲形状をなす第１の湾曲部と、幅方向他端側に設けられ、前記第１の湾曲部と同一方向に湾曲する湾曲形状をなす第２の湾曲部と、前記第１の湾曲部の幅方向内径側において第１の湾曲部の湾曲方向側に屈曲した第１の屈曲部、及び前記第２の湾曲部の幅方向外径側において第２の湾曲部の湾曲方向とは反対側に屈曲した第２の屈曲部を介して、前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部に連続して形成された中間連結部とを有することを特徴とする。

このように構成した本発明によれば、鉄心鋼板及び当該鉄心鋼板を用いた円筒状鉄心の製造を簡単且つ確実にするとともに、円筒状鉄心の剛性を大きくすることができる。

本実施形態の円筒状鉄心を用いた誘導発熱ローラ装置を示す図。 同実施形態の円筒状鉄心の斜視図。 同実施形態の円筒状鉄心の部分拡大断面図。 同実施形態の鉄心鋼板の拡大断面図。 変形実施形態の円筒状鉄心の部分拡大断面図。 変形実施形態の鉄心鋼板の拡大断面図。 本発明の円筒状鉄心にリング状鉄心を装着した誘導発熱ローラ装置を示す図。 リング状鉄心を装着した円筒状鉄心の斜視図。 リング状鉄心の鉄心鋼板の拡大断面図。 従来の巻鉄心を示す斜視図。

以下に本発明に係る円筒状鉄心の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る円筒状鉄心１００は、図１に示すように、例えば樹脂フィルム、紙、布、不織布、金属箔などのシート材又はウエブ材の連続熱処理工程又は合成繊維の熱延伸処理工程等において用いられる誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構１０に用いられるものである。この磁束発生機構１０は、回転自在のローラ本体１１の内部に当該ロ−ラ本体１１の軸方向に沿って配置されるものであり、円筒状鉄心１００に誘導コイル１２が巻装されることによって構成される。

具体的に円筒状鉄心１００は、図２及び図３に示すように、複数の鉄心鋼板２を、幅方向にずらして積み重ねることにより円筒状に積層して形成されたものである。

鉄心鋼板２は、例えば表面に絶縁皮膜が施された方向性電磁鋼板（珪素鋼板）により形成されており、その板厚が例えば約０．３ｍｍの長尺形状をなすものである。また、鉄心鋼板２は、長手方向（つまり、製品組み立て後における磁束通過方向）に磁束方向性が向くように形成されている。この鉄心鋼板２を用いることにより、磁気特性に優れた円筒状鉄心１００を得ることができる。したがって、円筒状鉄心１００の断面積を小さくすることができ、当該円筒状鉄心１００を用いた磁束発生機構１０を小型化できるだけでなく、誘導コイル１２に使用する電線量も低減することができる。

そしてこの鉄心鋼板２は、図３及び図４に示すように等断面形状をなすものであり、幅方向一端側（幅方向外径側）に設けられた湾曲形状をなす第１の湾曲部２１と、幅方向他端側（幅方向内径側）に設けられて、第１の湾曲部２１と同一方向に湾曲する湾曲形状をなす第２の湾曲部２２と、第１の湾曲部２１及び前記第２の湾曲部２２に連続して形成された中間連結部２３とを有する。

本実施形態の第１の湾曲部２１及び第２の湾曲部２２は、互いに略同一の湾曲形状をなすものであり、全体に亘って一定の曲率で湾曲しているもの、又は、連続して曲率が変化しながら湾曲するものが考えられ、例えばインボリュート曲線の一部を用いたインボリュート形状、部分円弧形状又は部分楕円形状などが考えられる。

また、第１の湾曲部２１及び第２の湾曲部２２の幅方向長さは、互いに略同一である。これにより中間連結部２３は、鉄心鋼板２の幅方向において略中央部に形成される。

中間連結部２３は、特に図４に示すように、第１の湾曲部２１の幅方向内側である幅方向内径側において第１の湾曲部２１の湾曲方向側に屈曲した第１の屈曲部２４、及び第２の湾曲部２２の幅方向内側である幅方向外径側において第２の湾曲部２２の湾曲方向とは反対側に屈曲した第２の屈曲部２５を介して、第１の湾曲部２１の幅方向内径側及び第２の湾曲部２２の幅方向外径側を連結する概略平板状をなすものである。

第１の屈曲部２４は、第１の湾曲部２１の幅方向内径側に対する中間連結部２３の屈曲角度θ_１が例えば３０度〜６０度となるように形成されている。また、第２の屈曲部２５は、第２の湾曲部２２の幅方向外径側に対する中間連結部２３の屈曲角度θ_２が例えば３０度〜６０度となるように形成されている。なお、本実施形態では、屈曲角度θ_１及び屈曲角度θ_２を互いに同一の角度としている。また、鉄心鋼板２を一方向からプレス加工により成形することを考えると、屈曲角度θ_１、θ_２は、鋭角であることが望ましい。

ここで円筒状に積層された鉄心鋼板２の幅方向外径側端部が円筒状鉄心１００の外周となり、鉄心鋼板２の幅方向内径側端部が円筒状鉄心１００の内周となる。なお、第１の湾曲部２１及び第２の湾曲部２２の曲率によって円筒状鉄心１００の外径を調整することができる。

また、図３に示すように、鉄心鋼板２の第１の湾曲部２１及び中間連結部２３により形成される凹部が、他の鉄心鋼板２の第１の湾曲部２１及び中間連結部２３により形成される凸部に係合する。また、鉄心鋼板２の第２の湾曲部２２及び中間連結部２３により形成される凸部が、他の鉄心鋼板２の第２の湾曲部２２及び中間連結部２３により形成される凹部に係合する。これにより鉄心鋼板２の積層過程での積層崩れを防止することができ、また確実に積層することができる。また積層された鉄心鋼板２は、径方向に引き抜こうとしても係合している第１の屈曲部２４同士及び第２の屈曲部２５同士によって、その引き抜きが防止される。

このように構成された円筒状鉄心１００において鉄心鋼板２は等価的に放射状に並べられたものとなり、これに誘導コイル１２を巻装しても短絡電流は発生しない。また、誘導コイル１２により生じる漏洩磁束が、鉄心鋼板２にその厚さ方向に貫通することを低減できるので、渦電流の発生を低減することができ、円筒状鉄心１００の磁気特性のみならず誘導コイル１２の電気特性、絶縁特性の低下を回避することができる。

このように構成した本実施形態に係る円筒状鉄心１００によれば、第１の湾曲部２１及び第２の湾曲部２２の間に第１の屈曲部２４及び第２の屈曲部２５を介して中間連結部２３を有する構成であるため、鉄心鋼板２の中央部に屈曲部２４、２５を形成することができ、鉄心鋼板２のフォーミング加工を容易にすることができる。

また、円筒状鉄心１００を製造する過程においては、各鉄心鋼板２の第１の屈曲部２４同士及び第２の屈曲部２５同士を係合させるように重ね合わせれば良いので、円筒状鉄心１００の製造作業を簡単にすることができる。ここで、各鉄心鋼板２それぞれが幅方向に凹凸形状を有することから、各鉄心鋼板２の幅方向の位置決めを容易にすることができる。さらに、それら屈曲部２４、２５同士が係合することにより、鉄心鋼板２が径方向に抜脱してしまうことを防止することができる。

その上、鉄心鋼板２が、第１の屈曲部２４及び第２の屈曲部２５を介して中間連結部２３を有しているので、各鉄心鋼板２の剛性を大きくすることができ、その鉄心鋼板２を複数用いて構成された円筒状鉄心１００の剛性を大きくすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の鉄心鋼板２の構成として、図５及び図６に示すように、第２の湾曲部２２の幅方向外側である幅方向内径側において第２の湾曲部２２の湾曲方向側に屈曲した第３の屈曲部２７を介して、第２の湾曲部２２に連続して形成された折れ曲がり部２６を有するものであっても良い。

折れ曲がり部２６は、湾曲部２１の湾曲方向とは反対側に屈曲して形成された概略平板状をなすものである。また、第３の屈曲部２７は、第２の湾曲部２２の幅方向内径側に対する折れ曲がり部２６の屈曲角度θ_３が、例えば３０度となるように形成されている。なお、鉄心鋼板２を一方向からプレス加工により成形することを考えると、屈曲角度θ_１、θ_２に加えて屈曲角度θ_３も、鋭角であることが望ましい。

このように第３の屈曲部２７を介して折れ曲がり部２６を形成することにより、鉄心鋼板２の剛性を大きくするとともに、各鉄心鋼板２を積み重ねる作業を容易にするだけでなく、鉄心鋼板２が径方向に抜脱してしまうことを一層好適に防止することができる。

また、図７及び図８に示すように、前記実施形態により構成した円筒状鉄心１００の軸方向における少なくとも一方の端部外周面にリング状鉄心３を配置することも考えられる。なお、図７及び図８においては、両端部外周面にリング状鉄心３を配した例を示している。

このリング状鉄心３は、図７に示すように、円筒状鉄心１００の外周面において、誘導コイル１２の軸方向外側に配置されるものであり、図９に示すように、湾曲部４１及び当該湾曲部４１の幅方向内径側に連続して形成された内側屈曲部４２からなる多数枚の鉄心鋼板４を円筒状に積層して構成される。ここで、湾曲部４１に対する内側屈曲部４２の屈曲角度θ_４は例えば３０度〜６０度である。なお、リング状鉄心３を構成する鉄心鋼板４として、前記実施形態と同様の断面形状をなす鉄心鋼板２を用いても良い。

このように円筒状鉄心１００の軸方向における少なくとも一方の端部外周面にリング状鉄心３を配置することによって、当該リング状鉄心３がローラ本体１１に至る磁路を形成することになり、磁束発生機構１０から発生される磁束を効率良くローラ本体１１に導くことができ、円筒状鉄心１００の軸方向端面及び外周面からの漏洩磁束を少なくすることができる。これにより、誘導発熱ローラ装置における力率を改善することができる。また、リング状鉄心３を製造する過程においては、湾曲部４１及び内側屈曲部４２により形成される凹部に、別の鉄心鋼板４の湾曲部４１及び内側屈曲部４２により形成される凸部を嵌めるように積層すれば良く積層作業を容易にすることができる。また、内側屈曲部４２が形成されていることにより、鉄心鋼板４の幅方向の向きを判断し易いことからも積層作業を容易にすることができる。さらに、積層した後のリング状鉄心３においては、内側屈曲部４２が係合し合うことにより、鉄心鋼板４が径方向に抜脱してしまうことを防止することができる。

また、前記実施形態の円筒状鉄心１００は、誘導発熱ローラ装置の磁束発生機構１０に用いられるものであったが、その他の電磁誘導機器に用いても良いし、変圧器やリアクトル等の静止誘導機器に用いても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・円筒状鉄心
２ ・・・鉄心鋼板
２１ ・・・第１の湾曲部
２２ ・・・第２の湾曲部
２３ ・・・中間連結部
２４ ・・・第１の屈曲部
２５ ・・・第２の屈曲部
２６ ・・・折れ曲がり部
２７ ・・・第３の屈曲部

Claims (5)

1. 幅方向断面において湾曲形状をなす湾曲部を有する複数の鉄心鋼板を円筒状に積み重ねることにより形成された円筒状鉄心であって、
   前記鉄心鋼板が、
   幅方向一端側に設けられた湾曲形状をなす第１の湾曲部と、
   幅方向他端側に設けられ、前記第１の湾曲部と同一方向に湾曲する湾曲形状をなす第２の湾曲部と、
   前記第１の湾曲部の幅方向内径側において第１の湾曲部の湾曲方向側に屈曲した第１の屈曲部、及び前記第２の湾曲部の幅方向外径側において第２の湾曲部の湾曲方向とは反対側に屈曲した第２の屈曲部を介して、前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部に連続して形成された中間連結部とを有する円筒状鉄心。
2. 前記第１の湾曲部の幅方向寸法と、前記第２の湾曲部の幅方向寸法とが略同一である請求項１記載の円筒状鉄心。
3. 前記鉄心鋼板が、前記第２の湾曲部の幅方向内径側において第２の湾曲部の湾曲方向側に屈曲した第３の屈曲部を介して、前記第２の湾曲部に連続して形成された折れ曲がり部を有する請求項１又は２記載の円筒状鉄心。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の円筒状鉄心を用いた誘導発熱ローラ装置用鉄心。
5. 円筒状に積み重ねることにより円筒状鉄心を形成する鉄心鋼板であって、
   幅方向一端側に設けられた湾曲形状をなす第１の湾曲部と、
   幅方向他端側に設けられ、前記第１の湾曲部と同一方向に湾曲する湾曲形状をなす第２の湾曲部と、
   前記第１の湾曲部の幅方向内径側において第１の湾曲部の湾曲方向側に屈曲した第１の屈曲部、及び前記第２の湾曲部の幅方向外径側において第２の湾曲部の湾曲方向とは反対側に屈曲した第２の屈曲部を介して、前記第１の湾曲部及び前記第２の湾曲部に連続して形成された中間連結部とを有する鉄心鋼板。