JP6655525B2 - Transformers, iron cores and amorphous metal parts - Google Patents
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Description
本発明は、変圧器に関する。 The present invention relates to a transformer.
鉄心幅を大きく取るアモルファス鉄心変圧器が特許文献1に記載されている。この特許文献1には、「アモルファス磁性薄帯からなるアモルファス鉄心と、該アモルファス鉄心を挿入するコイルとを組み立ててなる鉄心コイル組立体を収納したアモルファス鉄心変圧器において、前記アモルファス鉄心は、幅の異なる複数種のアモルファス磁性薄帯をそれぞれ突き合わせて並べて積層するとき、該並べて積層したアモルファス磁性薄帯の突き合わせ面がずれるように並べる位置を交互に換えて積層してアモルファス鉄心を構成することを特徴とするアモルファス鉄心変圧器。」と記載されている(請求項1参照)。
変圧器に使用される巻鉄心は、積層された鉄心材料の一部を開き、開かれた部分に巻線コイルを挿入する。その後、鉄心材料の開かれた部分をラッピングされる。鉄心材料にアモルファス磁性薄帯(以下、単にアモルファス薄帯またはアモルファス材と呼ぶ)を用いた鉄心がアモルファス鉄心である。アモルファス鉄心を有するアモルファス変圧器の大容量化には鉄心幅を大きくする必要がある。 The wound core used in the transformer opens a part of the laminated core material and inserts a winding coil into the opened part. Thereafter, the open portion of the core material is wrapped. An iron core using an amorphous magnetic ribbon (hereinafter simply referred to as an amorphous ribbon or an amorphous material) as an iron core material is an amorphous iron core. To increase the capacity of an amorphous transformer having an amorphous core, it is necessary to increase the core width.
しかし、アモルファス薄帯は、幅が広いものを製造することが困難であるため数十mmから200mm程度の幅である。これより幅が広い薄帯は、薄帯の厚みや大きさにばらつきが出るため、アモルファス薄帯の幅より大きな幅を持つアモルファス鉄心の製造は困難である。 However, the amorphous ribbon has a width of about several tens mm to about 200 mm because it is difficult to produce a wide ribbon. Since the thickness and the size of the ribbon having a width wider than this range vary, it is difficult to manufacture an amorphous iron core having a width larger than the width of the amorphous ribbon.
特許文献1には、幅の異なる複数種のアモルファス磁性薄帯をそれぞれ突き合わせて並べることで鉄心幅が大きくするアモルファス鉄心を有する変圧器が記載されている。
しかし、特許文献1は、アモルファス薄帯同士を突き合わせて並べるが人手を介して行うため、間隙をより小さくすることが考慮されていない。
However, in
本発明の目的は、並べられたアモルファス薄帯同士の間隙が小さい鉄心を有する変圧器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a transformer having an iron core in which a gap between the arranged amorphous ribbons is small.
上記課題を解決するために、本発明の一例であるアモルファス変圧器は、巻鉄心と、巻鉄心に巻き回されたコイルとを有する変圧器であって、巻鉄心は、板状の金属部材の集合体が積層されており、板状の金属部材の集合体は、隣り合う金属部材が間隙を介して2つ以上並べられた第1の層と、第2の層とを有し、第1の層の金属部材と接触する第2の層の金属部材とが重なりあう部分に接合部を有していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an amorphous transformer as an example of the present invention is a transformer having a wound core and a coil wound around the wound core, and the wound core is formed of a plate-shaped metal member. The aggregate is stacked, and the aggregate of the plate-shaped metal members has a first layer in which two or more adjacent metal members are arranged with a gap therebetween, and a second layer, and a first layer. The metal member of the second layer and the metal member of the second layer which are in contact with each other have a joint portion at a portion where they overlap.
本発明により、安定した磁気特性を有する変圧器を提供することができる。 According to the present invention, a transformer having stable magnetic characteristics can be provided.
以下、実施例を図面を用いて説明する。なお、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In all the drawings, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。 In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be made by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are provided.
また、以下の実施例において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
同様に、以下の実施例において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。
Further, in the following examples, when referring to the number of elements and the like (including the number, numerical value, amount, range, etc.), unless otherwise specified and in principle the number is clearly limited to a specific number, etc. However, the number is not limited to the specific number, and may be more than or less than the specific number.
Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, and the like of the components, the shape and the like are substantially the same unless otherwise specified, and in cases where it is considered that it is obviously not in principle. And the like or similar. The same applies to the above numerical values and ranges.
以下本発明の実施の形態を図1を用いて説明する。
図1は、3相3巻線で構成した3相3脚式のアモルファス鉄心と巻線コイル組立体30を示す斜視図である。
アモルファス鉄心と巻線コイル組立体30は、外鉄心30aと内鉄心30bに巻線コイル40aが、内鉄心30bと内鉄心30cに巻線コイル40bが、内鉄心30cと外鉄心30aに巻線コイル40cが、それぞれ巻き回されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a three-phase three-legged amorphous core constituted by three-phase three windings and a
The amorphous core and the
実施例1について図2から図5を用いて説明する。
図2には内鉄心30bを示す。詳細な説明の便宜上、巻線コイル40aと巻線コイル40bを非表示とした図である。c−c’断面とd−d’断面については図4a、図4bを用いて後述する。内鉄心30bを例に説明するが、下記の説明内容は外鉄心30a及び内鉄心30cにも実施可能である。
Example 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5.
FIG. 2 shows the
内鉄心30bには、幅が広いアモルファス薄帯1と、幅が狭いアモルファス薄帯2が並べられている。幅が広いアモルファス薄帯1は幅が狭いアモルファス薄帯2よりも幅が広いという意味である。また、アモルファス薄帯には接合点21が複数箇所に配置されている。内鉄心30bのコーナ部c1、c2、c3、c4が示される。接合点21は所定間隔で配置されている。
A wide
本明細書において、鉄心に用いられるものはアモルファス金属部材のうち薄いリボン状のものを用いるため、単にアモルファス薄帯と呼ぶ。 In the present specification, the thing used for the iron core is simply referred to as an amorphous ribbon because a thin ribbon-shaped amorphous metal member is used.
コーナ部c2とc3の間は、アモルファス薄帯1、2がラッピングされる部分であるラップ部である。ラッピング方法は、オーバーラップやステップラップまたはこれらを組み合わせたものを用いることができる。
Between the corner portions c2 and c3 is a wrap portion where the
コーナ部c1からc4に接合点21を配置しないことで、内周側よりも外周側が引っ張られるため、内周側と外周側でのズレを生じにくくなる。詳細は後述する。
By not arranging the
図3aから図3cを用いて、接合点21とアモルファス薄帯1から4の関係について説明する。内鉄心30bは4枚1組のアモルファス薄帯10が積層されている。4枚1組のアモルファス薄帯10を内鉄心30bとしてラッピングする前の状態を図3aに示す。
The relationship between the
上層である第1層にはアモルファス薄帯1と2が、図3aは平面図であるため図示されないが、第1層の下層である第2層にはそれぞれアモルファス薄帯3と4が配置されている。第1層上側には水平方向に開かれた幅広のアモルファス薄帯1、下側には幅が狭いアモルファス薄帯2が略並行に突き合わせられて並べられている。また、第2層上側には幅が狭いアモルファス薄帯4、下側には幅が広いアモルファス薄帯3が同様に並べられている。突き合わせて並べられたアモルファス薄帯の側面を突き合わせ面と呼ぶ。
第1層の幅が広いアモルファス薄帯1と幅が狭いアモルファス薄帯2との突き合わせ面同士の間に間隙22aが実線で、第2層の幅が広いアモルファス薄帯3と幅が狭いアモルファス薄帯4との突き合わせ面同士の間に間隙22bが破線で示されている。このように所定距離の間隙22a,22bを設けることでアモルファス薄帯同士の重なりを防止することができる。
The
図3bは、図3aに示されるa−a’の断面を示す図である。上層である第1層に幅が狭いアモルファス薄帯3と下層である第2層に幅が狭いアモルファス薄帯4が示されている。図示されない奥側には、第1層に幅が広いアモルファス薄帯1と、第2層に幅が広いアモルファス薄帯3が配置されている。
FIG. 3B is a diagram illustrating a cross section taken along line a-a ′ illustrated in FIG. 3A. An
図3cは、図3aのb−b’断面であり、矢印方向から見た状態を示す。第1層の図右側に示される第1の端部50a側から幅が広いアモルファス薄帯1と幅が狭いアモルファス薄帯2が間隙22aを介して並べられている。
FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line b-b 'of FIG. A wide
また、第2層の第1の端部50a側から幅が狭いアモルファス薄帯4が間隙22bを介してアモルファス薄帯3が並べられている。この幅が広いアモルファス薄帯1及び4の幅をWlとし、幅が狭いアモルファス薄帯2及び3の幅をWsとする。
Also, the amorphous thin ribbons 4 having a small width are arranged from the
間隙22aと22bの幅は、Wsよりも小さな値、すなわち、幅の狭いアモルファス薄帯2と3の幅よりも小さければ実施できる。アモルファス薄帯1から4は側面部、つまり突き合わせ面側にうねりを有しているため、間隙22aと22bの幅をうねりよりも大きくすることでアモルファス薄帯同士が重なり合うことを防止できる。
The width of the
上述のうねりについて図3dを用いて説明する。図3dには、幅が広いアモルファス薄帯1aと幅が狭いアモルファス薄帯2aが長辺方向に並べられている。短辺方向は一部省略し、長辺を拡大した例を示している。
The above undulation will be described with reference to FIG. In FIG. 3d, a wide
うねりは個体ごとにバラつきはあるが、品質のよいアモルファス薄帯ではサブミリ程度(0.1から0.9mm程度)である。このようなうねりを考慮して人手で突き合わせを行うのは困難である。 The undulation varies from individual to individual, but is about a submillimeter (about 0.1 to 0.9 mm) in a high quality amorphous ribbon. It is difficult to perform matching by hand in consideration of such undulation.
したがって、うねりを考慮して図3bに示されるように間隙22aと22bは0.1mm以上1mm以下としてアモルファス薄帯1と2を並べることで、人手を介して突き合わせるよりも間隙を小さくすることができる。ひいては、鉄心の占積率を高くすることができる。
Therefore, the
ここで、占積率とは、積層された鉄心全体の厚みに対する鉄心部材の厚さの総計の比率である。つまり、鉄心内部に空隙が少ないほど占積率は高くなり、鉄心の磁気特性が向上する。
また、間隙22aと22bを1mm以上10mm以下の幅とすると、製造ラインで自動配置等が可能となり生産性が高くなる。また、うねりよりも大きな値であるため、アモルファス薄帯同士の重なりを容易に防止できる。なお、10mm以上100mm以下でも実施できるが、できるだけ間隙は小さい方がよい。
Here, the space factor is a ratio of the total thickness of the core members to the total thickness of the laminated cores. In other words, the smaller the air gap inside the core, the higher the space factor, and the better the magnetic properties of the core.
Further, when the
第1層のアモルファス薄帯1と2と間隙22aの総和と、第2層のアモルファス薄帯3と4と間隙22bの総和が等しい場合には、第1の端部50aと第2の端部50bとでアモルファス薄帯の端面が揃うこととなる。すなわち、第1層のWl+Ws+間隙22aの幅=第2層のWl+Ws+間隙22bの幅の関係である。鉄心のうち巻線コイル40a,40bに接触する端面が平らになるため占積率を向上させることに寄与する。端面が揃うことで、巻鉄心30bの側面を平らにすることができる。
When the sum of the
ここで、アモルファス薄帯の幅が等しいは、アモルファス薄帯の製品規格上の幅が同じであることを意味する。アモルファス薄帯の側面部には歪み等の誤差があるため、実際の幅が完全に一致という意味ではない。 Here, the equal width of the amorphous ribbon means that the width of the amorphous ribbon in the product standard is the same. Since the side portions of the amorphous ribbon have errors such as distortion, the actual widths do not completely match.
第1層には第1の端部50a側から幅の異なる2種類のアモルファス薄帯が幅Wl、Wsの順に並べられ、第2層の第1の端部50a側から幅Ws,Wsの順に互い違いに並べられている。第1層と第2層で互い違いに配置することにより、突き合わせ面の間隙22aと22bの位置は上下の層で異なる位置となる。
In the first layer, two types of amorphous ribbons having different widths are arranged in the order of the widths Wl and Ws from the
4枚1組のアモルファス薄帯10は、レーザ或いは電気抵抗などで溶接される。第1層と第2層のアモルファス薄帯の重なりあう部分の一部が溶接された箇所を接合点21が示される。接合点21は、溶接条件により溶接部の大きさが異なるため、接合部とも呼ぶ。
A set of four
接合点21の接合は、図3aで示されるb−b’方向に連続的に接合ラインとして形成
してもよい。すなわち、長辺方向に長さを持つように接合してもよい。これらの接合方法は特に限定されることなく、レーザ接合であればパルス照射で断続的に接合する方法で実施できる。
The joining at the joining
また、電気抵抗接合を用いる場合には、回転電極を用いたシーム接合方法を採用してもよい。電気抵抗を加える方法も連続である必要が無く、断続して電気を加え接合しても良い。さらに、電気抵抗溶接の一つであるスポット溶接により、4枚1組のアモルファス薄帯10がバラバラにならない程度に固定できる数の接合数とするとよい。
When electric resistance bonding is used, a seam bonding method using a rotating electrode may be employed. The method of applying electric resistance does not need to be continuous, and may be intermittently applied and joined. Further, it is preferable that the number of joints is set to such a number that a set of four
接合すると非晶質のアモルファス薄帯が結晶化されることとなるが、第1の層と第2の層で金属接合されるため、単なるアモルファス薄帯同士の接触に比べて強固な接続となる。なお、接合面積によりその強度は調整可能である。 When the bonding is performed, the amorphous amorphous ribbon is crystallized. However, since the first layer and the second layer are metal-bonded, a stronger connection is obtained as compared to a mere contact between the amorphous ribbons. . The strength can be adjusted according to the bonding area.
接合点21の面積を小さくすることで、アモルファス薄帯を溶接することで生じる結晶化領域を小さくでき、磁気回路の流れを低減し、損失を増加させる働きを小さくすることができる。 By reducing the area of the joint 21, the crystallization region generated by welding the amorphous ribbon can be reduced, and the flow of the magnetic circuit can be reduced and the function of increasing the loss can be reduced.
接合点21の断面の幅は1mm以下とするとよい。幅が狭いアモルファス薄帯2と4の幅を100mm、幅が広いアモルファス薄帯1と3の幅を200mmとすると、幅広にアモルファス薄帯を広げたときの全幅(アモルファス薄帯の幅の総和)は約300mmとなる。
The width of the cross section of the joining
接合ライン1箇所の接合幅を1mmとすると、接合点21は3つあるので、合計3mmとなる。アモルファス薄帯の全幅300mmに対し、磁気回路の流れを阻害する接合点21の幅の総和は3mmであるため、アモルファス薄帯の全てを非晶質としたときに比べると1%程度の損失に抑えることができる。他のパラメータに比べて小さい影響である。
Assuming that the joining width of one joining line is 1 mm, there are three joining
また、本実施例では第1層と第2層のアモルファス薄帯を1枚ずつの層として説明しているが、第1層と第2層のアモルファス薄帯を層方向に10枚ずつ束ねることもできる。このように各層の枚数を増やした場合には、鉄心のラッピング作業時間を低減させることができる。10枚に限定されず他の数枚としてもよい。 In this embodiment, the first and second layers of the amorphous ribbon are described as one layer. However, the first and second layers of the amorphous ribbons are bundled in the layer direction by 10 sheets. Can also. When the number of layers is increased in this way, the lapping work time of the iron core can be reduced. The number is not limited to ten and may be several other sheets.
鉄心30bとして組み立てた際のコーナ部c1からc4の間にある平面領域に少なくとも2点ずつ接合点21を設けることで実施できる。コーナ部c1とコーナ部c2間の水平方向の2点を接合することで平面領域の間隙の位置ズレを生じにくくできる。
This can be implemented by providing at least two joining
平面領域とは鉄心として組み立てた際に、アモルファス薄帯が鉛直又は水平方向になる部分をいう。また、コーナ部とは鉄心として組み立てた際に、平面部分よりもアモルファス薄帯が曲率を持つ領域をいう。すなわち、組立後の鉄心のアモルファス薄帯のうち曲げられた領域がコーナ部であり、平面領域とは、曲げられていない領域である。 The plane region refers to a portion where the amorphous ribbon becomes vertical or horizontal when assembled as an iron core. In addition, the corner portion refers to a region where the amorphous ribbon has a curvature more than a flat portion when assembled as an iron core. That is, a bent region of the amorphous ribbon of the iron core after assembly is a corner portion, and a planar region is a region that is not bent.
よって、4枚1組のアモルファス薄帯10の長手方向には接合点21が異なる間隔で設けられている。鉄心として組み立てた際の径方向に異なる間隔で接合点21が配置されるということである。
Therefore, the joining
異なる間隔とは、第1の間隔であるコーナ部c1等の接合点21の広い間隔と第2の間隔であるコーナ部c1とc2間の接合点21が狭い間隔であり、異なる間隔である。場合により、鉄心内周側の4枚1組のアモルファス薄帯10は、平面領域よりもコーナ部c1の方が接合点21の間隔が短くなる場合がある。内周側は曲率が小さいため、コーナ部c1の領域が狭いからである。いずれの場合もアモルファス薄帯の長手方向の接合点21の数は平面領域の方が多い。
The different intervals are different intervals in which the first interval, which is a wide interval between the
ここで、4枚1組のアモルファス薄帯10を積層し鉄心30bとして組み立てたときの磁気回路の流れは、図3cの奥行き方向である。磁気回路の流れを妨げないようにするには、b−b’断面に投影したときの接合点21の水平方向の接合面積が小さいほど良い。
Here, the flow of the magnetic circuit when a set of four amorphous
そのため、図3a及び図3cに示すように、4枚1組のアモルファス薄帯10の接合点21はアモルファス薄帯の短辺方向に3箇所あれば実施できる。
すなわち、第1層の幅が広いアモルファス薄帯1と第2層のアモルファス薄帯4の重なり合う部分が接合され、第1層の幅が広いアモルファス薄帯1と第2層の幅が広いアモルファス薄帯3の重なりあう部分が接合され、第1層の幅が狭いアモルファス薄帯2と第2層の幅が広いアモルファス薄帯3の重なりあう部分が接合されていれば、4枚1組のアモルファス薄帯10はバラけずに固定することができる。つまり、互い違いに並べられた第1の層のアモルファス薄帯と第2の層のアモルファス薄帯が接合部21を介して交互に接続される関係である。
Therefore, as shown in FIG. 3A and FIG. 3C, it can be implemented if there are three joining
That is, the overlapping portions of the
重なりあう部分の接合点21は1箇所に限定されず、アモルファス薄帯の短辺方向に2箇所以上設けてもよい。 The number of the overlapping points 21 is not limited to one, but may be two or more in the short side direction of the amorphous ribbon.
アモルファス薄帯の厚みは一般的な鉄心材である珪素鋼板の厚さの十分の一以下で、代表的な厚さは50μm以下である。アモルファス薄帯で変圧器の鉄心を形成する場合、鉄心の厚さを例えば100mmとすると、積層枚数は2000枚以上になる。 The thickness of the amorphous ribbon is one tenth or less of the thickness of a silicon steel plate as a general iron core material, and a typical thickness is 50 μm or less. When the core of the transformer is formed of an amorphous ribbon, if the thickness of the core is, for example, 100 mm, the number of laminated cores is 2,000 or more.
従来のように、アモルファス薄帯同士を接合せずに、幅広に並べたアモルファス薄帯を2000枚程度積層することは原理上可能であるが、実際には巻線コイルの組み込み作業と巻鉄心のラッピング作業により、アモルファス薄帯の位置はズレてしまう。これにより鉄心の占積率が低下する場合がある。 As in the past, it is possible in principle to laminate approximately 2,000 widely arranged amorphous ribbons without joining the amorphous ribbons. However, in practice, the work of assembling the winding coil and the winding core are not necessary. Due to the lapping operation, the position of the amorphous ribbon is shifted. This may reduce the space factor of the iron core.
このとき、手作業等で間隙22aと22bや端部同士の位置ズレを修正する必要がある。このような手作業は効率が悪く生産コストがかさむこととなる。また、手作業で間隙22aと22bの幅や各層の端部を揃えることは困難である。
At this time, it is necessary to correct the gap between the
一方、上記した本発明の実施例の構成により、4枚1組のアモルファス薄帯10を一体として1枚のアモルファス薄帯のように扱うことができる。よって、ラッピング作業の際に、間隙22aと22bの位置ズレを考慮せずに、鉄心の組み立て作業を行うことができる。
On the other hand, according to the configuration of the embodiment of the present invention described above, a set of four amorphous
次に、接合点21の厚みについて説明する。接合点21の厚みは、接合点21の厚みが第1層と第2層のアモルファス薄帯の厚みの和にできるだけ近づくことが望ましい。接合点21の接合箇所が盛り上がらないようにすることで、4枚1組のアモルファス薄帯10の厚みがフラットになる。
Next, the thickness of the
これにより、鉄心として組み立てた際に占積率の低下を防ぐことができる。レーザや電気抵抗溶接の溶接条件により接合点21の厚みは、アモルファス薄帯の厚みより厚くならずに接合できる。なお、接合点21に厚みが生じた場合であっても、4枚1組のアモルファス薄帯10ごとに接合点21の位置を異なるように配置することで厚みを小さくすることができる。
As a result, it is possible to prevent the space factor from lowering when assembled as an iron core. The thickness of the joining
また、接合点21を設けたため、突き合わせたアモルファス薄帯に巻線コイルを挿入する際に、突き合わせ面がラッピング作業前後で動かないように固定することできる。すなわち、ラッピング作業の前後で、突き合わせられたアモルファス薄帯間の間隙が変化することを抑制することができる。
In addition, since the joining
上記した4枚1組のアモルファス薄帯10に接合点21を設けることにより、ラッピングの際にアモルファス薄帯のコーナ部の位置ズレや間隙22aと22bの幅の変化を防止することができる。鉄心として組み上げた際に占積率が安定する。ひいては、鉄心の占積率が安定することにより、磁気特性が安定した変圧器を提供することが可能となる。磁気特性とは、鉄心材料の透磁率と占積率により定められる鉄心の特性のひとつである。
By providing the bonding points 21 on the above-described set of four
次に、コーナ部c1からc4の構成の一例について説明する。図2及び図3aに示すようにコーナ部には接合点21を設けていない例である。
Next, an example of the configuration of the corners c1 to c4 will be described. As shown in FIGS. 2 and 3a, this is an example in which the
コーナ部c1からc4に接合点21がある場合も実施可能であるが、無い場合に比べて、接合点21を中心にひずみが大きくなり、上下方向(層方向)にうねりが伴いやすくなるからである。上下面を接合した状態で曲げを加えると、上下の薄帯の曲率半径が異なるため接合点の間隔が上下で差が生じる。すなわち、接合点21を一定の間隔で配置した場合に、第2層のアモルファス薄帯に比べて第1層のアモルファス薄帯には引張応力が生じる。 It is also possible to implement the case where there is a joint 21 at the corners c1 to c4. However, compared to the case where there is no joint, the strain increases around the joint 21 and undulation tends to occur in the vertical direction (layer direction). is there. If bending is performed while the upper and lower surfaces are joined, the upper and lower ribbons have different radii of curvature, so that the distance between the joining points is different between the upper and lower portions. That is, when the bonding points 21 are arranged at regular intervals, a tensile stress is generated in the amorphous ribbon of the first layer as compared with the amorphous ribbon of the second layer.
よって、接合点21に力が加わりひずみの発生で上下方向にうねりが伴う。コーナ部c1からc4に接合点21を設けたアモルファス薄帯を2000枚程度積層すると、上下(層)方向のうねりが増幅されるため、コーナ部c1からc4に厚みが生じ、占積率の低下を招く。
Therefore, a force is applied to the joining
本実施例の構成であるコーナ部c1からc4に接合点21を設けない場合には、鉄心として組み立てた際にコーナ部に曲げを加えても、上下面の曲率半径の違いを周方向にずれて吸収するため、該接合点がある場合に生じたひずみが発生しない。従って、コーナ部で占積率の低下は生じにくくなる。ひいては、コーナ部に接合点を設ける場合に比べて鉄心としての磁気特性を向上させることができる。
When the
また、アモルファス薄帯のうちコーナ部c1とc2間の端面と、コーナ部c2とc3間の端面の角度が多少異なる場合であっても、コーナ部c2がズレを吸収することができる。 Further, even when the angle between the end face between the corners c1 and c2 and the end face between the corners c2 and c3 of the amorphous ribbon is slightly different, the corner c2 can absorb the deviation.
図4aと図4bは図2の鉄心30bのc−c’断面とd−d’断面の様子を示す図である。図4aは、c−c’断面は巻鉄心30bの平面領域の断面の様子を示す。図4a上側が内周側であり、下側が外周側である。4枚1組のアモルファス薄帯10が数千組積層された例の一部を示しており、各々の4枚1組のアモルファス薄帯10には接合点21が3箇所(3ライン)形成されている。
FIGS. 4A and 4B are views showing the state of the c-c 'section and the d-d' section of the
図4bは、d−d’断面は巻鉄心30bのコーナ部c1の断面の様子を示す。図4b上側が内周側であり、下側が外周側である。4枚1組のアモルファス薄帯10が数千枚積層されているが、コーナ部c1の内周側(図4b上側)は、接合点21が形成されていない。
FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a line d-d 'of the corner c1 of the
鉄心コーナ部c1の外周側(図4b下側)は、接合点21が形成されている。コーナ部c1内周側は曲率半径が小さいため、接合点21周辺のひずみ増大の影響を考慮し、コーナ部c1には接合点21を設けない4枚1組のアモルファス薄帯10を配置した。
A joining
また、コーナ部c1外周側は曲率半径が大きいため、コーナ部c1に接合点21があってもひずみが小さく磁気性能へ影響を及ぼしにくいためである。鉄心組立の作業性を考慮し、外周側コーナ部c1には、接合点21を設けた4枚1組のアモルファス薄帯10を配置した。他のコーナ部c2からc4も同様である。
Further, since the radius of curvature is large on the outer peripheral side of the corner portion c1, even if the corner portion c1 has the
内周側と外周側のアモルファス薄帯の曲率に合わせて、コーナ部c1等の接合点21が内周側から外周側へ直線または曲線上に並ぶように配置するとアモルファス薄帯同士の位置ズレが生じにくくなり有効である。
If the joining
本実施例では、コーナ部c1外周側に接合点21を設けた4枚1組のアモルファス薄帯10を配置したが、コーナ部の曲率半径の大きさや鉄心組み立ての作業性などを考慮し、コーナ部外周側に接合点21を設けていない4枚1組のアモルファス薄帯10を配置しても良い。つまり、鉄心30bの平面領域を小さくし、コーナ部c1等の領域を大きくするということである。
In the present embodiment, a set of four
また、図示しないが、コーナ部内周側に接合点21を設け、溶接打点数が平面領域の打点数より少ない4枚1組のアモルファス薄帯10を配置しても良い。つまり、鉄心中央よりも内周側のアモルファス薄帯のコーナ部c1には、平面領域の接合点21の間隔よりも広い間隔の接合点21が配置されるということである。
Although not shown, a joining
内周側は曲率の影響を受けにくいため、コーナ部c1に平面領域よりも広いピッチで接合点21を設けることで、位置ズレをより起こしにくくなる。換言すれば、コーナ部c1に接合点21を設けた場合であっても、接合打点数を少なくすることでコーナ部c1のひずみを小さくできる。
Since the inner peripheral side is hardly affected by the curvature, by providing the bonding points 21 at a pitch wider than the plane area in the corner portion c1, the positional deviation is less likely to occur. In other words, even when the joining
また、平面領域とコーナ部との接合打点間隔、すなわち接合点21同士の間隔を各積層ごとに調整した4枚1組のアモルファス薄帯10を配置しても良い。つまり、内周側と外周側アモルファス薄帯で接合点21の間隔が異なるということである。
Alternatively, a set of four
他の変形例として、接合点21同士の間隔を定点で形成した4枚1組のアモルファス薄帯10配置して積層し、コーナ部c1等の接合点周辺を意図的に引っ張りコーナ部c1等にあたる接合点21のいくつかを剥がして、曲げを形成したときのひずみを小さくして巻き鉄心を形成しても良い。コーナ部c1に第1層と第2層が接合されていない結晶化部分を有するということである。この場合は、アモルファス薄帯の溶接プロセスが簡便となる。
As another modified example, a set of four amorphous
また、組み立てプロセスにおいてコーナ部c1の接合点21に強い応力が与えられると剥がれる程度の接合状態とすることで、組み立ての際に応力が与えられた部分は接合点21が剥がれ、応力が少ない場合には剥がれないこととなるため、組み立ての位置ズレが生じた場合であっても応力を逃がすことができ効果的である。
Further, in the assembly process, the bonding state is such that the
4枚1組のアモルファス薄帯10の製造方法について図5を用いて説明する。配置された4枚1組のアモルファス薄帯10第1層の上部に溶接手段26が配置され、溶接手段26からレーザ27が照射される様子が示される。また、4枚1組のアモルファス薄帯10を切断する切断手段28が示される。
A method for manufacturing a set of four
まず、4枚1組のアモルファス薄帯10を製造するため、長手方向の所定の長さに切断された4枚のアモルファス薄帯を第1層と第2層それぞれに間隙22a,22bを設けて互い違いになるように配置する。この配置は、人手を介して配置しても良いが繰り返し同じ作業を行うため、搬送ロボットなどで効率良く並べ、配置すると良い。また、間隙22aと22bの幅は、上記した生産性を考慮した大きさにすると良い。
First, in order to manufacture a set of four
アモルファス薄帯の長手方向の直線性は、およそサブミリ程度くらいのうねりが伴っている。隙間22aを例えば50μm以下でコントロールしようとすると、精度が高い制御とモニタリングが必要となる。場合によってはうねり同士が干渉し、突合せ面が重なる場合があるため、上記した値を取るのがよい。
The linearity in the longitudinal direction of the amorphous ribbon is accompanied by a swell of about sub-millimeter. If the
次に、接合装置26により第1層と第2層のアモルファス薄帯が重なりあう部分が接合される。接合装置26は、代表してレーザ接合装置である場合を示し、アモルファス薄帯1に対してレーザ27が照射されている。接合装置26は図の上下方向に移動できるものであってもよい。または、3台配置され4枚1組のアモルファス薄帯10が搬送される際に適宜接合することも可能である。
Next, a portion where the amorphous ribbons of the first layer and the second layer overlap each other is joined by the joining
接合された4枚1組のアモルファス薄帯10の所定の切断位置まで所定の長さ分を搬送し、切断手段28を用いて切断する。これにより4枚1組のアモルファス薄帯10を構成する。
A predetermined length of the bonded four-piece
切断手段28は、レーザや電気抵抗溶接等を用いて熱で切断することができる。レーザや電気抵抗溶接等の場合は、接合装置26と同一の装置を利用できるため、別途切断装置を設けなくてよい。ダイシングソーやバンドソー等の切断手段を用いた場合には結晶化領域を低減させることができるため有効である。
The cutting means 28 can be cut by heat using laser, electric resistance welding, or the like. In the case of laser or electric resistance welding, the same device as the joining
切断手段28周辺の短辺方向の接合点数を増やし、切断を容易にすることが可能である。すなわち、平面領域の短辺方向の接合点21の数は図示されるように3点であるのに対し、切断手段28の右側をアモルファス薄帯の短辺方向に5点等にするということである。
It is possible to increase the number of junctions in the short side direction around the cutting means 28 to facilitate cutting. That is, the number of
上記した本発明の4枚1組のアモルファス薄帯10をラッピングして鉄心30bを構成する。方法の一例として、オーバラップして重ねる。この場合、結晶化した部分は接合点21だけであるため、結晶化されていない部分同士が接触する面積が大きく、磁気回路の流れが阻害されない。
The above-described set of four
オーバラップして重ねると4枚1組のアモルファス薄帯10の厚み分(アモルファス薄帯2枚分の厚さ)が増えるが、下層のオーバラップ箇所をずらしてステップラップ構造とすると数千枚の4枚1組のアモルファス薄帯10を積層してもその厚み分が増すだけとなる。したがって、鉄心30bは、積層されたアモルファス薄帯の枚数の厚みに4枚1組のアモルファス薄帯10の厚み分を足した大きさで構成することができ、鉄心の小型化が実現できる。つまり、1000組の4枚1組アモルファス薄帯10を用いて、ステップラップ構造とすると2002枚分の厚みで鉄心を作ることができる。
When overlapping and overlapping, the thickness of a set of four amorphous ribbons 10 (thickness of two amorphous ribbons) increases, but if the overlapping portion of the lower layer is shifted to form a step-lapping structure, several thousand sheets are formed. Even if a set of four amorphous
上記実施例についてアモルファス薄帯を代表例として説明したが、ケイ素鋼板や方向性電磁鋼板等の板状の金属部材であれば、板状金属部材であれば実施可能である。また、アモルファス薄帯やケイ素鋼板を含む概念として4枚1組の板状の金属部材は、板状の金属部材の集合体ということである。 Although the above embodiment has been described using an amorphous ribbon as a representative example, the present invention can be implemented with a plate-shaped metal member such as a silicon steel plate or a grain-oriented electromagnetic steel plate. Further, as a concept including an amorphous ribbon and a silicon steel plate, a set of four plate-shaped metal members is an aggregate of plate-shaped metal members.
図6を用いて実施例2について説明する。これまで、2種類の幅WlとWsのアモルファス薄帯を各層に2枚(合計4枚)を組み合わせた例を説明したが、各層に配置される枚数や配置方法による幅が広いアモルファス薄帯を構成する例である。
(a)に示すように、2種類の幅Wl、Wsのアモルファス薄帯を用いた合計6枚で並べた例の6枚1組のアモルファス薄帯10aの断面図を示す。第1層の第1の端部50cから第2の端部50dに向かって、幅Wlのアモルファス薄帯100が1枚、幅Wsのアモルファス薄帯200が2枚並べられている。また、第2層の第1の端部50cから第2の端部50dに向かって、幅Wsのアモルファス薄帯400が2枚、幅Wlのアモルファス薄帯300が1枚並べられている。
As shown in (a), a cross-sectional view of a set of six
また、第1層の幅Wlのアモルファス薄帯100と第2層の幅Wsのアモルファス薄帯400との重なりあう部分の一部が接合点21で接合されており、これらのアモルファス薄帯100と400はバラけないようになっている。他のアモルファス薄帯も異なる層のアモルファス薄帯と重なりあう部分の一部が接合されている。
In addition, a part of the overlapping portion of the
(b)の例は、(a)と異なる順序で並べられた6枚1組のアモルファス薄帯10bの断面図を示す。第1層の第1の端部50cから第2の端部50dに向かって、アモルファス薄帯100が2枚、アモルファス薄帯200が1枚並べられ、第2層は、アモルファス薄帯400が1枚、アモルファス薄帯300が2枚を順に並べられている。
The example of (b) is a cross-sectional view of a set of six
(c)の例は、(a)、(b)とは異なり8枚1組のアモルファス薄帯10cの断面図を示す。第1層の第1の端部50cから第2の端部50dに向かって、アモルファス薄帯100が2枚、アモルファス薄帯200が2枚並べられ、第2層は、アモルファス薄帯400が1枚、アモルファス薄帯300が1枚、アモルファス薄帯400が1枚、アモルファス薄帯300が1枚を順に並べられている。
The example of (c) is a cross-sectional view of a set of eight
これらの実施例1で説明した4枚1組のアモルファス薄帯10や図6の6枚1組のアモルファス薄帯10a,10b、8枚1組のアモルファス薄帯10cは、それぞれ接合点21が3、5、5、7点である。
Each of the four amorphous
つまり、アモルファス薄帯が4枚の場合は接合点21が3点であり6枚の場合は5点であることから、各アモルファス薄帯がバラけないようにするための最小の接合点の数は、使用するアモルファス薄帯の枚数をnとすると、n−1の関係である。つまり、アモルファス薄帯の重なりあう部分を使用枚数より1少ない数で接合することで、幅が広い1枚のアモルファス薄帯として鉄心材料とすることができる。 That is, when the number of the amorphous ribbons is four, the number of the bonding points 21 is three, and when the number of the amorphous ribbons is six, the number of the bonding points is five. Is a relation of n-1 where n is the number of amorphous ribbons to be used. In other words, by joining the overlapping portions of the amorphous ribbons by one less than the number of sheets used, the iron core material can be formed as one wide amorphous ribbon.
次に、(d)について説明するが、他の例と異なるのは3種類目の幅Wmのアモルファス薄帯500を用いる点である。他の例と同様に第1層のアモルファス薄帯と第2の層のアモルファス薄帯が重なりあう部分を有するように配置し、重なりあう部分の一部を接合されている。このようにアモルファス薄帯の幅は2種類だけでなく3種類でも実施できる。また、並べ方は一例を示すものであり、(a)、(b)のように他の順序で並べることもできる。また、3種類の幅だけでなく4種類以上であっても同様に実施でき、任意の幅の鉄心材料を構成することができる。
Next, (d) will be described. The difference from the other examples is that a third type of
このように(a)から(c)の例は、第1層と第2層とで、同一のアモルファス薄帯の幅や枚数の組み合わせで構成されるため、アモルファス薄帯の幅の総和を合わせやすい。つまり、層ごとに並べ順が違っていても、使用するアモルファス薄帯が層ごとに同じ組み合わせであり、端面を揃えることが容易となる。端面を揃えることで鉄心としての占積率が向上する。 As described above, in the examples (a) to (c), the first layer and the second layer are constituted by the same combination of the width and the number of the amorphous ribbons. Cheap. That is, even if the order of arrangement is different for each layer, the amorphous ribbon used is the same combination for each layer, and it is easy to align the end faces. By aligning the end faces, the space factor as an iron core is improved.
次に、(e)の例について説明する。これまでは各層に異なる幅のアモルファス薄帯を用いて1組のアモルファス薄帯を構成する例を説明したが、各層で同じ幅のアモルファス薄帯を用いる例を説明する。 Next, the example of (e) will be described. Until now, an example in which one set of amorphous ribbons is formed using amorphous ribbons of different widths in each layer has been described. However, an example in which amorphous ribbons of the same width are used in each layer will be described.
第1層の第1の端部50cから順に、幅Wsのアモルファス薄帯200が3枚、第2層の第1の端部50cから順に、幅Wlのアモルファス薄帯300が2枚並べられている。これらの重なりあう部分の一部が接合点21により接合されている。少なくとも2種類の幅のアモルファス薄帯の組み合わせにより、本発明の思想を実施することができる。
Three
さらに、変形例として(f)の例について説明する。6枚1組のアモルファス薄帯10fの断面を示す。使用するアモルファス薄帯は(e)の例と同様である。違いは、第1層と第2層の第1の端部50c側が揃っているが、第2の端部50d側が揃っていない。
Further, an example (f) will be described as a modification. A cross section of a set of six
この場合は、鉄心として組み立てた際に、第2の端部50d側を薄くすることができる。鉄心と巻線コイルとの間にスペーサや緩衝部材を挟む等の場合に有効である。このように、端部を第1の端部50cと第2の端部50dは必ずしも一致または揃えなくとも本発明を実施することができる。
In this case, when assembled as an iron core, the
また、各層のアモルファス薄帯を全て同じ幅のアモルファス薄帯として実施することも可能である。この場合は第1層と第2層のアモルファス薄帯をそれぞれ重なりあう部分を設けるために、第1の端部と第2の端部が揃わないこととなる。鉄心の両端部に丸みを持たせたる、または端部に段差を有する段付き鉄心とする場合には有効な実施例である。 It is also possible to implement all the amorphous ribbons of each layer as amorphous ribbons having the same width. In this case, the first and second ends are not aligned because the first and second layers of amorphous ribbons are provided with overlapping portions. This is an effective embodiment in a case where both ends of the iron core are rounded or a stepped iron core having a step at the end is used.
これらの方法で、幅が広いアモルファス鉄心を製造することができる。また、接合点21を設けるため、鉄心組み立ての際に、アモルファス薄帯の位置ズレが生じにくくなるため、鉄心性能のバラ付きを低減できる。さらには、人手による突き合わせ面の間隙の調整が不要となるため、生産効率を向上させることが可能となる。
With these methods, a wide amorphous iron core can be manufactured. In addition, since the
また、幅広に形成し接合した薄帯(4枚1組のアモルファス薄帯10)は元のアモルファス薄帯の厚みにオーバーラップ分の増加であるため影響は小さく、鉄心の小型化に寄与する。 Further, the width of the thin ribbon formed and joined (a set of four amorphous thin ribbons 10) has a small effect because the thickness of the original amorphous thin ribbon is increased by the amount of overlap, thereby contributing to downsizing of the iron core.
さらに、4枚1組のアモルファス薄帯10の接合点21は結晶化しているが、磁気回路の流れに対して小さな断面積で接合しているため、結晶化した接合箇所の影響を抑えることができる。ひいては鉄心や変圧器として磁気損失の影響は小さくすることができる。
Furthermore, although the
上記した各実施例の構成は、変圧器及び変圧器の鉄心のみならず、鉄心とコイルを有するリアクトル(静止誘導機器)にも本発明を適用可能である。この場合も製造されたリアクトルの鉄心ごとの占積率のバラ付きを小さくすることができ、ひいては、鉄心特性が安定したリアクトルを提供することを実現できる。 The configuration of each of the above-described embodiments is applicable not only to the transformer and the iron core of the transformer, but also to a reactor (stationary induction device) having an iron core and a coil. Also in this case, it is possible to reduce the variation in the space factor of the manufactured reactor for each iron core, and it is possible to provide a reactor having stable core characteristics.
1、3…幅が広いアモルファス薄帯、2、4…幅が狭いアモルファス薄帯、10、10a…4枚1組のアモルファス薄帯、21、21a…接合点、30a…外鉄心、30b、30c…内鉄心、40a、40b、40c…コイル、50…幅広鉄心の断面、c1、c2、c3、c4…コーナ部 1, 3,... A wide amorphous ribbon, 2, 4,... A narrow amorphous ribbon, 10, 10a, a set of four amorphous ribbons, 21, 21a, a joining point, 30a, an outer iron core, 30b, 30c. ... Inner core, 40a, 40b, 40c ... Coil, 50 ... Cross section of wide iron core, c1, c2, c3, c4 ... Corner part
Claims (11)
前記巻鉄心は、板状の金属部材の集合体が積層されており、
前記板状の金属部材の集合体は、前記金属部材が隣り合うように2つ以上並べられた第1の層と、第2の層とを有し、
前記第1の層の金属部材と接触する前記第2の層の金属部材とが重なりあう部分に接合部を有し、
前記第1の層の金属部材と前記第2の層の金属部材とが前記接合部を介して交互に接続され、
前記第1の層の金属部材は2以上の幅の金属部材を有し、
前記巻鉄心の径方向に複数の前記接合部が設けられており、
前記巻鉄心のコーナ部よりも平面領域に前記接合部が多く設けられたことを特徴とする変圧器。 A transformer having a wound core and a coil wound around the wound core,
The wound iron core is formed by stacking an aggregate of plate-shaped metal members,
The assembly of the plate-shaped metal members has a first layer and a second layer, two or more of which are arranged so that the metal members are adjacent to each other,
A joining portion at a portion where the metal member of the second layer in contact with the metal member of the first layer overlaps;
The metal member of the first layer and the metal member of the second layer are alternately connected via the joint,
The metal member of the first layer has a metal member having a width of 2 or more,
A plurality of the joints are provided in a radial direction of the wound core,
A transformer, wherein more joints are provided in a plane region than in a corner portion of the wound core.
前記巻鉄心は、板状の金属部材の集合体が積層されており、
前記板状の金属部材の集合体は、前記金属部材が隣り合うように2つ以上並べられた第1の層と、第2の層とを有し、
前記第1の層の金属部材と接触する前記第2の層の金属部材とが重なりあう部分に接合部を有し、
前記第1の層の金属部材と前記第2の層の金属部材とが前記接合部を介して交互に接続れ、
前記第1の層の金属部材は2以上の幅の金属部材を有し、
前記金属部材はアモルファス薄帯であり、
前記巻鉄心の径方向に複数の前記接合部が設けられており、
前記巻鉄心のコーナ部よりも平面領域に前記接合部が多く設けられたことを特徴とする変圧器。 A transformer having a wound core and a coil wound around the wound core,
The wound iron core is formed by stacking an aggregate of plate-shaped metal members,
The assembly of the plate-shaped metal members has a first layer and a second layer, two or more of which are arranged so that the metal members are adjacent to each other,
A joining portion at a portion where the metal member of the second layer in contact with the metal member of the first layer overlaps;
The metal member of the first layer and the metal member of the second layer are alternately connected via the joint,
The metal member of the first layer has a metal member having a width of 2 or more,
The metal member is an amorphous ribbon ,
A plurality of the joints are provided in a radial direction of the wound core,
A transformer, wherein more joints are provided in a plane region than in a corner portion of the wound core.
前記第1の層の金属部材の数と前記第2の層の金属部材の数の和よりも1少ない数以上の前記接合部が前記金属部材の短辺方向に設けられたことを特徴とする変圧器。 The transformer according to claim 1 or 2,
The number of the joining portions is one or less than the sum of the number of the metal members of the first layer and the number of the metal members of the second layer, and is provided in a short side direction of the metal member. Transformer.
前記第2の層の金属部材は、前記第1の層の金属部材と同じ幅の金属部材を有していることを特徴とする変圧器。 The transformer according to any one of claims 1 to 3,
The transformer according to claim 1, wherein the metal member of the second layer includes a metal member having the same width as the metal member of the first layer.
前記第1の層の金属部材のうち第1の端部側の金属部材の幅と、前記第2の層の金属部材のうち第2の端部側の金属部材の幅が同一であることを特徴とする変圧器。 The transformer according to claim 4,
The width of the metal member on the first end side among the metal members of the first layer is the same as the width of the metal member on the second end side of the metal member of the second layer. Transformers characterized.
前記接合部は、前記金属部材の長手方向に異なる間隔で設けられていることを特徴とする変圧器。 The transformer according to any one of claims 1 to 5,
The transformer, wherein the joints are provided at different intervals in a longitudinal direction of the metal member.
前記巻鉄心のコーナ部において、前記第1の金属部材と前記第2の金属部材が接合されていないことを特徴とする変圧器。 A transformer, wherein the first metal member and the second metal member are not joined at a corner of the wound core.
前記巻鉄心の側面である前記第1の層の第1の端部側に配置される金属部材の端面と、 An end surface of a metal member disposed on a first end side of the first layer, which is a side surface of the core;
前記第2の層の第1の端部側に配置される金属部材の端面が揃うように配置されたことを特徴とする変圧器。A transformer, wherein metal members arranged on the first end side of the second layer are arranged so that end faces thereof are aligned.
前記金属部材はアモルファス薄帯であることを特徴とする変圧器。 The said metal member is an amorphous ribbon, The transformer characterized by the above-mentioned.
前記接合部は、前記アモルファス薄帯が結晶化されていることを特徴とする変圧器。 The said junction part is the said amorphous ribbon crystallized, The transformer characterized by the above-mentioned.
前記巻鉄心のラッピング部分は、前記接合部と異なる部分同士が接触されていることを特徴とする変圧器。 A transformer, wherein the wrapping portion of the wound core is in contact with a portion different from the joining portion.
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