JP6926787B2 - 鉄心構造体、トランス、及び鉄損抑制方法 - Google Patents

Description

本開示は、鉄心構造体、トランス、及び鉄損抑制方法に関する。

変圧器鉄心でよく用いられる構造は、一方向性電磁鋼板を一定の幅と長さに切断し、それらを積層して作られる複数の部分を継ぎ合わせて閉磁路を構成するもので、積鉄心と呼ばれる。この内、三相交流用に用いられる鉄心には、３本の脚部と２本のヨーク部を組み合わせた構造、あるいは５本の脚部と２本のヨーク部を組み合わせた構造がとられている。前者は三相三脚積鉄心、後者は三相五脚積鉄心と呼ばれる。
三相三脚積鉄心では、コイルは３本の脚に巻かれ、三相五脚積鉄心ではコイルは外側の脚を除いた３本の脚に巻かれる。
そして、トランス（変圧器）においては、従来から、鉄損を低減することが一つの技術的課題である。
また、鉄心材料である電磁鋼板の鉄損値とトランスに組み上げて測定した鉄損値に乖離があることは従来から指摘されている。
組上げた鉄損と素材鉄損の比をビルディングファクターと称し、素材の鉄損が同じでも、組上げた鉄損が高く、換言すればビルディングファクターが高い場合、設計した性能より損失の高い製品ができるため、これを下げることが一つの課題であり、種々の検討がなされている。

例えば特許文献１には、鋼板板面に、圧延方向とは異なる角度で傾斜して延びる線分を少なくとも２本交差させた形状になる低透磁率域を複数個形成してなることを特徴とする異方性電磁鋼板が開示されている。特許文献１によれば、材料の異方性を利用した分割型モータや積み鉄心トランスの効率を格段に向上させることができるとされている。

特許文献２には、実機鉄損特性の極めて優れた一方向性電磁鋼板に関し、とくに電磁鋼板の２次再結晶粒の結晶方位を規制して圧延方向のみならず幅方向の鉄損値を低減させることにより、実機鉄損特性の向上を図る方法が開示されている。

また特許文献３には、仕上焼鈍された方向性電磁鋼板に該鋼板の鋼成分あるいは鋼組織と異なった侵入体を、単位断面積あたり０．０４１以上の面積をもり、間隔をおいて形成させる方法が開示されている。特許文献３によれば、上記方向性電磁鋼板を用いた積鉄心は、接合部における騒音が低減できるとされている。

特許文献４には、還流磁区領域を、電子ビームを鋼板圧延方向に偏向せずに照射される位置と重ならない位置に、鋼板の圧延方向を横切る方向に対して形成し、この還流磁区領域を、長さ：２００ｍｍ以上で連続とし、かつ該還流磁区領域の幅：ｄ（μｍ）を、０．８ｄ_０≦ｄ≦１．２ｄ_０、ｄ_０（μｍ）：還流磁区領域の幅の、前記圧延方向を横切る方向での平均値とする方法が開示されている。

特開２００４−１０３９６５号公報 特公平２−２０６９３号公報 特開昭６１−１７７３６４号公報 特開２０１５−５２１４４号公報

上述のようにビルディングファクターを改善する従来の手法は、鉄心材料の特性を向上させるものであり、鉄心の構造を改善するものではなかった。
一方、本研究者らは、ビルディングファクターを悪化させる原因の一つとして、磁束の流れに着目し、トランスの積鉄心のＴ接合部に磁束の閉磁路を構成し、積鉄心のヨーク部の板幅方向の透磁率を高めることで、ビルディングファクターが低く、鉄損の低いトランスを実現可能な点に着目した。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、積鉄心のＴ接合部における磁束の流れを制御可能な鉄心構造体、当該鉄心構造体を備えた低鉄損化が可能なトランス、及び、トランスの鉄損抑制方法を提供することを目的とする。

本開示の鉄心構造体は、少なくとも３つの脚部と２つのヨーク部とを有する積鉄心と、
前記ヨーク部の側面を周回するように配置される少なくとも１つの磁場発生部と、を備え、
平面視した際に、前記磁場発生部は、前記脚部と前記ヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆い、前記ヨーク部の板幅方向に対して傾斜して、前記ヨーク部の板幅方向の磁場を当該Ｔ接合部に発生可能に配置されていることを特徴とする。

本開示の鉄心構造体においては、前記磁場発生部が、前記ヨーク部の側面を周回するように配置される磁場コアと、当該磁場コアの外側面と内側面とを交互に通過するように巻回する磁場コイルを備え、
平面視した際に、前記磁場コイルは前記ヨーク部の外側面と、内側面に少なくとも１つずつ備えていてもよい。

本開示の鉄心構造体においては、平面視において、前記磁場発生部は、２つの前記ヨーク部に、前記脚部の圧延方向を軸として左右対称となる位置に１組ずつ配置されていてもよい。

本開示のトランスは、前記鉄心構造体と、当該鉄心構造体の脚部に巻回する巻線とを備えることを特徴とする。

本開示のトランスにおいては、前記積鉄心の磁束密度を検出する磁束密度検出部と、
前記磁場発生部から発生する磁場を調節する磁場調節部と、を更に備えてもよい。

本開示の鉄損抑制方法は、少なくとも３つの脚部と２つのヨーク部とを有する積鉄心と、当該脚部に巻回する巻線とを備えるトランスの、当該積鉄心の鉄損を抑制する方法であって、
前記トランスは、前記ヨーク部の側面を周回するように配置される少なくとも１つの磁場発生部を備え、
平面視した際に、前記磁場発生部は、前記脚部と前記ヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆うように配置され、
前記磁場発生部により、前記ヨーク部の板幅方向に予め所定の磁場を発生させておき、
前記積鉄心の磁束密度を検出し、
検出された前記磁束密度の変化に応じて、前記磁場発生部により、前記Ｔ接合部における前記ヨーク部の板幅方向の磁場の強さを変化させることを特徴とする。

本開示によれば、積鉄心のＴ接合部における磁束の流れを制御可能な鉄心構造体、当該鉄心構造体を備えた低鉄損化が可能なトランス、及び、トランスの鉄損抑制方法を提供することができる。

従来の積鉄心におけるＴ接合部での、横軸を磁場の強さＨ（Ａ／ｍ）、縦軸を磁束密度Ｂ（Ｔ）とし、方向性電磁鋼板の圧延方向から９０°傾けて励磁した場合の、Ｂ−Ｈ曲線を示す図である。 本開示に係る鉄心構造体の一実施形態を示す模式図である。 図２の実施形態における、ヨーク部を構成する電磁鋼板の積層構造を説明するための模式図である。 図２の実施形態におけるＡ−Ａ’断面の一例を示す模式図である。 本開示に係るトランスの一例を示すブロック図である。 本開示に係る鉄損抑制方法の一例を示すフロー図である。

以下、本開示に係る鉄心構造体、トランス、及び鉄損抑制方法について、順に詳細に説明する。
なお、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

１．鉄心構造体
本開示の鉄心構造体は、少なくとも３つの脚部と２つのヨーク部とを有する積鉄心と、
前記ヨーク部の側面を周回するように配置される少なくとも１つの磁場発生部と、を備え、
平面視した際に、前記磁場発生部は、前記脚部と前記ヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆い、前記ヨーク部の板幅方向に対して傾斜して、前記ヨーク部の板幅方向の磁場を当該Ｔ接合部に発生可能に配置されていることを特徴とする。

（１）鉄損抑制メカニズム
ビルディングファクター（ＢＦ）とは、組上げた鉄心の鉄損と素材の電磁鋼板の鉄損の比である。
積鉄心の場合、ビルディングファクターを制御し良好な特性を得るためには、積鉄心の鉄損を低減させ、特に鉄損の増加が大きいＴ接合部での鉄損を低減することが重要である。
一般的な三相三脚積鉄心において、三相交流はそれぞれ位相が１２０°ずつシフトした３成分からなるが、これらによって発生する磁束は鉄心のＴ接合部を通過する。また、ヨーク（継鉄）部の圧延方向での鉄損を１００％とすると、コーナー部では１１０〜１２０％、Ｔ接合部では１５０〜１９０％程度の鉄損が発生することが知られている。
これは鉄心を製作する上で、所定の形状寸法に切断した鉄心用鉄板をその切断面を当接させて組立てるため、Ｔ接合部において複雑な磁気回路が構成され、さらに回転磁界が生じるため、鉄損が多く発生することが原因として考えられる。

図１は、従来の積鉄心におけるＴ接合部でのヨーク部の板幅方向の、Ｂ−Ｈ曲線を示す図である。図１において、横軸は磁場の強さＨ（Ａ／ｍ）、縦軸は磁束密度Ｂ（Ｔ）である。
Ｔ接合部では、脚部の圧延方向から傾いた方向に磁化されるため、図１に示す磁化曲線のように、磁場の強さＨ＝０付近の低磁場では透磁率が低下し、２００Ａ／ｍ程度の中磁場では透磁率が高くなる。これによって描かれるＢＨループは、磁場の低い部分で励磁しにくく、磁束密度Ｂ＝０の点での保持力Ｈｃが高いループになるため、鉄損が大きい。一方で中磁場では透磁率が高いため鉄損は低くなる。
上記から、本研究者らは、Ｔ接合部での磁場が常に透磁率の高い中磁場以上となるように設定すると、鉄損の小さなトランスが得られることを見出した。すなわち、図１に示す磁化曲線において、ヨーク部の板幅方向の透磁率が高い領域を使用するために、Ｔ接合部での磁場が常に中磁場以上となるように設定することが本開示の技術の特徴である。

本開示においては、トランスの積鉄心に対して、ヨーク部の板幅方向に磁場を加えるコイル（巻線）を、平面視においてＴ接合部の少なくとも一部を覆うように配置し、鉄損を低減させることができる積鉄心の位相にあわせて磁場を加えるように制御する。これにより、Ｔ接合部における磁束の流れを変化させ、Ｔ接合部におけるヨーク部の板幅方向の透磁率を高めることができ、ビルディングファクターが低く、鉄損の低いトランスが得られる。
具体的には、図２に示す矢印１２と矢印１３の方向に磁束が流れる位相のタイミングで、磁場発生部６を用いてＴ接合部８におけるヨーク部３の板幅方向の磁場の強さＨ（磁束）を０より大きく２００Ａ／ｍ以下程度の強さで流すことにより、Ｔ接合部８におけるヨーク部３の板幅方向の磁気特性を、図１の矢印で示す高透磁率領域にもっていくことができる。
これにより、通常のトランスよりもＴ接合部の鉄損が低くなる。結果として、トランスの全体的な鉄損が低減し、ビルディングファクターが低減する。
換言すれば、強制的に磁気モーメントを励磁方向へ向けることが本開示の技術の特徴である。

（２）鉄心構造体
図２は、本開示に係る鉄心構造体の一実施形態を示す模式図である。本明細書においては、図２に示すＹ軸方向から見ることを平面視と表記する。
図２の例に示される鉄心構造体１００は、脚部２とヨーク部３とを有する積鉄心１と、ヨーク部３の側面を周回するように配置される磁場発生部６とを備えている。
図２において、積鉄心１の３つの脚部２にそれぞれ左からＵ、Ｖ、Ｗ相の巻線を巻回したときに、矢印１１は、Ｕ相とＷ相を通る磁束の流れであり、矢印１２は、Ｕ相とＶ相を通る磁束の流れであり、矢印１３は、Ｖ相とＷ相を通る磁束の流れを示している。
なお、図２の実施形態においては３脚の積鉄心を例示しているが、本開示に係る積鉄心は、５脚のものであってもよく、一般的にトランス用の積鉄心として用いられる公知の構成とすることができる。

図３は、図２の実施形態における、ヨーク部３を構成する電磁鋼板の積層構造を説明するための模式図である。
図３の例に示されるように、ヨーク部３は、階段状にブロック化した電磁鋼板７を積層して形成された積層構造を有している。本開示においては、脚部２もヨーク部３と同様に階段状にブロック化した電磁鋼板７を積層して形成された積層構造を有している。
電磁鋼板７の積層方向は特に限定されないが、図３の例に示されるように、図２におけるＹ軸方向に積層されていることが一般的であり、本開示においても好ましい。

電磁鋼板７は、従来公知のものの中から適宜選択して用いればよく、例えばケイ素を０．１質量％以上４．５質量％以下含有するものなどが挙げられる。
本開示において電磁鋼板７は、無方向性電磁鋼板であっても、方向性電磁鋼板であってもよいが、一般的なトランスにおいて好ましく用いられる方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。
また、電磁鋼板７の厚みは特に限定されないが、例えば、通常０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下のものが好適に用いられ、中でも、０．１５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下のものが好ましい。
また、電磁鋼板７の積層体は、公知のバンドやプレート等を用いて固定されていることが好ましい。

脚部２は、通常、トランスの巻線が巻回される部材であり、ヨーク部３とＴ接合部８を形成する中脚２ａと、ヨーク部３とコーナー部９を形成する外脚２ｂで構成される。
本開示において、Ｔ接合部８は、中脚２ａとヨーク部３とが交差する領域８’（図２において、点線で囲まれた範囲）から脚部２の板幅Ｌ分の長さ範囲を含む部分と定義する。なお、図２において、Ｔ接合部８は、鎖線で囲まれた範囲である。
また、図２において、コーナー部９は、外脚２ｂとヨーク部３とが交差する領域であり、一点鎖線で囲まれた範囲を示す。
図２において、中脚２ａは、圧延方向の両端に９０°の角度の先端部を有する六角形の電磁鋼板の積層体である。中脚２ａの先端部の角度は、例えば、６０〜１２０°であってもよい。
図２において、外脚２ｂは、圧延方向の両端に中脚２ａに平行に対向する内側に向けて先端から４５°の角度の先端部を有する台形の電磁鋼板の積層体である。外脚２ｂの先端部の角度は、例えば３０〜６０°であってもよい。

ヨーク部３は、複数ある脚部２を並列して固定する部材である。
図２において、ヨーク部３は、圧延方向の両端に外脚２ｂの先端部と接合する内側に向けて先端から４５°の角度の先端部を有し、且つ、中脚２ａの先端部と接合する９０°の角度のＶ字形切り欠き部を有する電磁鋼板７の積層体である。ヨーク部３の先端部の角度は、例えば、３０〜６０°であってもよい。また、ヨーク部３のＶ字形切り欠き部の角度は、例えば、６０〜１２０°であってもよい。
脚部２とヨーク部３との接合方式は特に限定されず、バットラップ接合、ステップラップ接合など、公知の方法とすることができる。

図２において、磁場発生部６は、ヨーク部３を横切るように、Ｔ接合部８にヨーク部３の板幅方向の磁場を加えられるように配置されている。
また、磁場発生部６は、一例として、磁場コア４と、磁場コイル５とを有している。
さらに、磁場コイル５は、図２に示すように、平面視した際に、ヨーク部３の外側面と、内側面に１つずつ備えられている。
また、磁場発生部６は、図２に示すように、平面視において、２つのヨーク部３に、脚部２である中脚２ａの圧延方向を軸として左右対称となる位置に１組ずつ計４つ配置されている。

図４は、図２の実施形態におけるＡ−Ａ’断面の一例を示す模式図である。
図４に示すように、Ｔ接合部８を励磁するために用いる磁場コイル５は、磁場コア４に巻きつけて配置し、鉄心１のヨーク部３を横切る方向、且つ、ヨーク部の板幅方向に対して傾斜させた方向、いわゆる斜め方向に磁場を加えられるように配置されている。
磁場発生部６の磁束の流れの一例として、図４に矢印１４として示すように、磁場コイル５で発生した磁束は、ヨーク部３の外側面側の磁場コア４の磁路を通り、ヨーク部３の当該磁場コア４と接触している部分からヨーク部３に入り、ヨーク部３の内側面側の磁場コア４の磁路を通り、磁場コイル５に戻る。

磁場発生部６は、平面視した際に、Ｔ接合部８の少なくとも一部を覆い、ヨーク部３の板幅方向に対して傾斜して、ヨーク部３の板幅方向の磁場を当該Ｔ接合部８に発生可能に配置されていればよい。
ヨーク部３の板幅方向に対する傾斜角度は、特に限定されないが、平面視した際に、Ｔ接合部８を覆う面積が大きくなるような角度であってもよい。
本開示においては、磁場発生部６の磁場の制御の容易性や、ヨーク部３の側面に保持しやすい点から、磁場発生部６が、ヨーク部３の側面を周回するように配置される環状の磁場コア４と、当該磁場コア４の外側面と内側面とを交互に通過するように巻回された少なくとも一つの磁場コイル５とを備えることが好ましい。
また、平面視において、磁場発生部６は、ヨーク部３の板幅方向の磁場をＴ接合部８に発生可能であれば、積鉄心１のＴ接合部８以外の場所（例えば脚部２の一部であって、Ｔ接合部８の領域以外の場所）を覆っていてもよい。

磁場発生部６は、環状の磁場コア４を、電磁鋼板７の積層構造を有するヨーク部３に嵌めた状態で、当該ヨーク部３の側面に保持されている構成とすることができる。
磁場コイル５を、環状の磁場コア４を介してヨーク部３の側面に保持することにより、ヨーク部３に積層される電磁鋼板７の圧延方向に対し、当該磁場コイル５のコイル軸の方向を平行乃至略平行に合わせた状態で、磁場コイル５をヨーク部３の側面に配置することができる。
磁場発生部６は、少なくとも磁場コイル５を一つ有すればよいものであるが、ヨーク部３の側面に保持しやすく、磁場が安定する点から、磁場コア４を有するものが好ましい。
磁場コア４は、ヨーク部３の板幅方向の磁場を発生させるための磁場コイル５をヨーク部３の周囲又は近傍に固定する支持体としても機能する。
磁場コア４は、ヨーク部３の周囲を取り囲み周回する断面が環状の部材とすることができる。
また、磁場発生部６は、ヨーク部３の板幅方向の磁場をＴ接合部８に発生しやすくする観点から、磁場コイル５を２個以上有することが好ましく、磁場コイル５を４個有することがより好ましい。
さらに、磁場コイル５は、図２に示すように、平面視した際に、ヨーク部３の外側面と、内側面に少なくとも１つずつ備えてもよく、図４に示すようにヨーク部３の外側面と、内側面に２つずつ備えていてもよい。
なお、ヨーク部３の板幅方向の磁場とは、電磁鋼板７の板面に対して厳密に板幅方向に生じる磁場のみでなく、電磁鋼板７の板面に対して板幅方向以外の成分を含むものであってもよい。

本開示において、磁場発生部６は、Ｔ接合部８における磁束の流れを制御可能とする観点から、ヨーク部３の側面を周回するように配置され、平面視において、Ｔ接合部８の少なくとも一部を覆う位置に少なくとも１個有していればよく、Ｔ接合部８の全てを覆う位置に有していてもよい。
また、磁場発生部６は各ヨーク部３に２個以上有していてもよく、図２に示すように、平面視において、２つのヨーク部３に、脚部２である中脚２ａの圧延方向を軸として左右対称となる位置に１組ずつ配置されていてもよい。
また、図示しないが、平面視において、各ヨーク部３に２つの磁場発生部６がＴ接合部８の少なくとも一部を覆うように交差して配置されていてもよい。

また、本開示において、磁場発生部６の大きさについては特に限定されないが、Ｔ接合部８における磁束の流れを制御しやすい点から、平面視において面積基準でＴ接合部８の１／１０以上の範囲を被覆してもよく、Ｔ接合部８の２／１０以上の範囲を被覆してもよく、Ｔ接合部８の全ての範囲を被覆してもよい。
各ヨーク部３に磁場発生部６が複数ある場合には、複数ある磁場発生部６の合計の面積が上記範囲を満たしていることが好ましい。

本開示の鉄心構造体１００において積鉄心１の大きさは特に限定されず、用途に応じて所望の大きさとすることができる。
例えば、積鉄心１の長さ（図２におけるＺ軸方向の全長）は、１００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とすることができ、５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下とすることが好ましい。
積鉄心１の幅（図２におけるＸ軸方向の全長）は、１００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とすることができ、５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、積鉄心１の厚み（図２におけるＹ軸方向の長さ）は、１０ｍｍ以上８００ｍｍ以下とすることができ、５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、脚部２の長さは、５０ｍｍ以上１８００ｍｍ以下とすることができ、３００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とすることが好ましい。
脚部２の幅は、５０ｍｍ以上１８００ｍｍ以下とすることができ、３００ｍｍ以上１２００ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、積鉄心１のその他の構成としては、一般的にトランス用積鉄心として用いられる公知の構成とすることができる。

２．トランス
本開示に係るトランスは、前記鉄心構造体と、当該鉄心構造体に巻回された巻線とを備える。
本開示に係るトランスは、前記鉄心構造体を備えているため、低鉄損化が可能である。
本開示において巻線は、回路に接続されて用いられるものであり、通常、電源を含む回路に接続された一次コイルと、取出し回路に接続された２次コイルとを有するものである。
巻線の材質としては特に限定されないが、銅、アルミニウム等が挙げられる。
巻線の構成は、一般的にトランスに用いられる公知の構成とすることができる。
また、トランスのその他の構成としては、一般的にトランスに用いられる公知の構成とすることができる。

本開示のトランスにおいては、前記積鉄心の磁束密度を検出する磁束密度検出部と、
前記磁場発生部から発生する磁場を調節する磁場調節部と、を更に備えてもよい。
磁場調節部は磁束密度検出部により検出された積鉄心の磁束密度の大きさ又は変化量に応じて、磁場コイルを通る電流を調節するものであってもよい。

図５は、磁束密度検出部及び磁場調節部を有する本開示のトランスの一例を示すブロック図である。
図５の例では、脚部とヨーク部を備える積鉄心及び磁場発生部、磁束密度検出部として磁束密度測定部及び磁束密度変化算出部、磁場調節部として電流制御部、巻線の主電源、並びに、磁場発生部、磁束密度検出部及び磁場調節部の制御電源が含まれている。
図５の例に示されるトランスの構成は、まず、磁束密度測定部により、脚部及びヨーク部の少なくともいずれか一方の磁束密度を連続的に、又は、一定間隔ごとに測定する。なお、磁束密度の測定は、位相が変わるタイミングで行われてもよい。
得られた測定値は、磁束密度変化算出部に送られ、前回の磁束密度の測定値からの変化を算出することにより、磁束密度の変化を検出することができる。
次いで検出された磁束密度の変化の情報が、磁場調節部の電流制御部に送られ、その情報（磁束密度の絶対値又は変化量）に基づいて、鉄損が最小になっているか否か判断し、電流制御部で磁場コイルに流すべき電流値が決定され、決定された電流が磁場コイルに流れるように制御電源に指示される。
磁場調節部の制御電源は与えられた指示に従って、電圧等を調節する。
この一連の情報処理プロセスにより、磁場コイルから発生する磁場の大きさを変化させて、積鉄心のＴ接合部における鉄損を抑制することができる。
具体的には、積鉄心を励磁する位相にあわせて、鉄損を低減させることができる位相のタイミング（図２に示す矢印１２と矢印１３の方向に磁束が流れるタイミング）で、磁場発生部を用いてＴ接合部を励磁するように制御する。これにより、Ｔ接合部における磁束の流れを変化させ、Ｔ接合部におけるヨーク部の板幅方向の透磁率を高める（図１の矢印で示す高透磁率領域にもっていく）ことができ、ビルディングファクターが低く、鉄損の低いトランスが得られる。

磁束密度検出部は、磁束密度測定部と磁束密度変化算出部を有していれば、特に限定されない。
磁束密度測定部は、積鉄心に対して少なくとも１つ有すればよいものであるが、磁束の流れを制御しやすい点から、各脚部及び各ヨーク部に設けられていてもよい。
磁束密度測定部は特に限定されないが、脚部及びヨーク部の少なくともいずれか一方における磁束密度を測定する手段が挙げられる。
磁束密度測定部として、脚部及びヨーク部の少なくともいずれか一方における磁束密度を測定する手段は、公知の手段を用いることができる。磁束密度の測定値から位相の変化を検知することができる。当該手段を用いる場合には、予め、位相と磁束密度との関係を測定しておいてもよい。
また、磁束密度変化算出部は、公知の手段を用いることができる。

磁場発生部による磁場を発生する手段は、特に限定されないが、トランスを大型化することなく容易に制御可能な点から、前記本開示に係る鉄心構造体が有する磁場コイルを用いることが好ましい。
磁場発生部は、当該磁場発生部が有する磁場コイルに流れる電流を手動で、又は自動制御により変化させることで、磁場を調節し、積鉄心の鉄損を抑制することができる。
磁場発生部から生じる磁場の強さは、特に限定されないが、Ｔ接合部におけるヨーク部の板幅方向の透磁率を図１の矢印で示す高透磁率領域にする観点から、０より大きく、２００Ａ／ｍ以下の強さであってもよい。

３．鉄損抑制方法
本開示の鉄損抑制方法は、少なくとも３つの脚部と２つのヨーク部とを有する積鉄心と、当該脚部に巻回する巻線とを備えるトランスの、当該積鉄心の鉄損を抑制する方法であって、
前記トランスは、前記ヨーク部の側面を周回するように配置される少なくとも１つの磁場発生部を備え、
平面視した際に、前記磁場発生部は、前記脚部と前記ヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆うように配置され、
前記磁場発生部により、前記ヨーク部の板幅方向に予め所定の磁場を発生させておき、
前記積鉄心の磁束密度を検出し、
検出された前記磁束密度の変化に応じて、前記磁場発生部により、前記Ｔ接合部における前記ヨーク部の板幅方向の磁場の強さを変化させることを特徴とする。

なお、平面視において磁場発生部は、脚部とヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆い、ヨーク部の板幅方向の磁場をＴ接合部に発生可能に配置されていれば、ヨーク部の板幅方向に対して傾斜していても、傾斜していなくてもよいが、トランスの製造容易性の観点から傾斜していてもよい。

磁場発生部から、ヨーク部の板幅方向の磁場を発生させるタイミングは、図２に示す矢印１２と矢印１３の磁束が流れる間、すなわち、Ｔ接合部における鉄損が大きくなる、ヨーク部の圧延方向に対し平行に磁束が流れない時に発生させる。
一方、図２に示す矢印１１の磁束が流れる際は、ヨーク部の板幅方向に磁場を発生させても、させなくてもよい。
したがって、積鉄心を励磁する位相にあわせて、鉄損を低減させることができる積鉄心の位相のタイミング（図２に示す矢印１２と矢印１３の方向に磁束が流れるタイミング）で、磁場発生部を用いてＴ接合部を励磁するように制御する。これにより、Ｔ接合部における磁束の流れを変化させ、Ｔ接合部におけるヨーク部の板幅方向の透磁率を高める（図１の矢印で示す高透磁率領域にもっていく）ことができ、ビルディングファクターが低く、鉄損の低いトランスが得られる。

前記本開示のトランスは、上記本開示に係る鉄損抑制方法を実行するのに、適した構成を有している。
以下、本開示に係る鉄損抑制方法について図を参照して説明するが、トランスの構成は前述のとおりであるため、ここでの説明は省略する。

図６は、本開示に係る鉄損抑制方法の一例を示すフロー図である。
図６の実施形態においては、まず、予め所定の磁場を発生させておく。所定の磁場としては、ヨーク部の板幅方向の磁場を発生させてもよいし、積鉄心の磁束密度を検出しやすくする観点から、主磁束の流れを妨げない、微弱な磁場を発生させてもよい。
次いで、トランスを稼働させてから、積鉄心の磁束密度を検出し、鉄損が最小か否か判断する。
鉄損が最小か否かの判断は、前述の磁束密度測定部及び磁束密度変化算出部を用いて行うことができる。
鉄損が最小でない場合には、次いで、前述の電流制御部により、積鉄心のＴ接合部における鉄損を抑制するために、磁束密度の測定値及び／又は変化量に基づいて、磁場コイルに流すべき電流値が決定され、決定された電流が磁場コイルに流れるように制御電源に指示される。
磁場調節部の制御電源は与えられた指示に従って、電圧等を調節する。
この一連の情報処理プロセスにより、磁場コイルから発生する磁場の大きさを変化させることにより、積鉄心のＴ接合部における鉄損を抑制することができる。
磁束密度測定部及び磁束密度変化算出部により行われる、磁束密度の測定及び磁束密度変化の算出と、磁場調節部により必要に応じて行われるヨーク部の板幅方向の磁場の強さを変化させることとは、通常、トランスを停止するまで、連続的に、又は、一定の間隔ごとに繰り返し行ってもよい。

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本開示の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示の技術的範囲に包含される。
以下、本開示について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本開示を制限するものではない。

［実施例１］
方向性電磁鋼板を用いて、長さ：１０００ｍｍ、幅：１２００ｍｍ、厚み：２００ｍｍ、ヨークおよび脚の幅：１５０ｍｍの３相３脚積鉄心を準備した。
そして、図２の例に示されるように、ヨーク部に、平面視において面積基準でＴ接合部の１／１０を占める、ヨーク部の板幅方向の磁場を加える磁場発生部を、２つのヨーク部に、脚部の圧延方向を軸として左右対称となる位置に１組ずつ配置し、鉄心構造体を作製した。
図２に示した積鉄心にそれぞれ左からＵ、Ｖ、Ｗ相の巻線を巻回し、設計磁束密度が１．７Ｔのトランスを作製した。
ここでＶ相の波形の大きさに対応するよう、ヨーク部の板幅方向の磁場を４つのコイルによって加えるように制御した。

［比較例１］
磁場発生部を配置しない積鉄心を準備したこと以外は、実施例１と同様にトランスを作製した。

＜ビルディングファクター評価＞
実施例の各トランスに励磁磁束密度１．７Ｔで励磁し、その時のビルディングファクターを評価した。結果を表１に示す。

［結果のまとめ］
表１の結果に示されるように、本開示に係る鉄心構造体を用いた実施例１のトランスは、比較例１と比較してビルディングファクターが低減し、トランス鉄損を低減することができることが明らかとなった。

１ 積鉄心
２ 脚部
２ａ 中脚
２ｂ 外脚
３ ヨーク部
４ 磁場コア
５ 磁場コイル
６ 磁場発生部
７ 電磁鋼板
８ Ｔ接合部
８’ 脚部とヨーク部が交差する領域
９ コーナー部
１１ Ｕ相とＷ相を通る磁束の流れ
１２ Ｕ相とＶ相を通る磁束の流れ
１３ Ｖ相とＷ相を通る磁束の流れ
１４ 磁場発生部の磁束の流れ
Ｌ 脚部板幅
１００ 鉄心構造体

Claims (6)

1. 少なくとも３つの脚部と２つのヨーク部とを有する積鉄心と、
   前記ヨーク部の側面を周回するように配置される少なくとも１つの磁場発生部と、を備え、
   平面視した際に、前記磁場発生部は、前記脚部と前記ヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆い、前記ヨーク部の板幅方向に対して傾斜して、前記ヨーク部の板幅方向の磁場を当該Ｔ接合部に発生可能に配置されていることを特徴とする、鉄心構造体。
2. 前記磁場発生部が、前記ヨーク部の側面を周回するように配置される磁場コアと、当該磁場コアの外側面と内側面とを交互に通過するように巻回する磁場コイルを備え、
   平面視した際に、前記磁場コイルは前記ヨーク部の外側面と、内側面に少なくとも１つずつ備える、請求項１に記載の鉄心構造体。
3. 平面視において、前記磁場発生部は、２つの前記ヨーク部に、前記脚部の圧延方向を軸として左右対称となる位置に１組ずつ配置されている、請求項１又は２に記載の鉄心構造体。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄心構造体と、当該鉄心構造体の脚部に巻回する巻線とを備える、トランス。
5. 前記積鉄心の磁束密度を検出する磁束密度検出部と、
   前記磁場発生部から発生する磁場を調節する磁場調節部と、を更に備える、請求項４に記載のトランス。
6. 少なくとも３つの脚部と２つのヨーク部とを有する積鉄心と、当該脚部に巻回する巻線とを備えるトランスの、当該積鉄心の鉄損を抑制する方法であって、
   前記トランスは、前記ヨーク部の側面を周回するように配置される少なくとも１つの磁場発生部を備え、
   平面視した際に、前記磁場発生部は、前記脚部と前記ヨーク部の接合部であるＴ接合部の少なくとも一部を覆うように配置され、
   前記磁場発生部により、前記ヨーク部の板幅方向に予め所定の磁場を発生させておき、
   前記トランスを稼働させてから、前記積鉄心の磁束密度を検出し、
   検出された前記磁束密度の変化に応じて、前記磁場発生部により、前記Ｔ接合部における前記ヨーク部の板幅方向の磁場の強さを変化させることを特徴とする、鉄損抑制方法。

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