JP7160589B2 - 静止誘導機器用巻鉄心 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器用巻鉄心に関する。

静止誘導機器例えば変圧器の鉄心においては、ケイ素鋼板等の帯板材を、一巻きごとに少なくとも１箇所の突合せ接合部を設けながら複数枚巻き重ねて構成される、いわゆるワンターンカット型の巻鉄心が知られている（例えば特許文献１参照）。この巻鉄心においては、例えば上下どちらかの継鉄部に突合せ接合部を設け、その突合せ接合部分において、帯板材を階段状にずらしていきながら巻き重ねることが行われる。更に、突合せ接合部に、非磁性のシート部材を配置することが行われる。これにより、巻鉄心の突合せ接合部シート部材の厚みに相当するエアギャップが確保され、残留磁束密度を低減させて、励磁突入電流の抑制が図られるようになっている。

特開２０１１－２４３７９２号公報（図６）

しかしながら、上記特許文献１の構成では、巻き重ねられた帯板材の板面同士が重なり合う部分にも、シート部材が配置されることになり、シート部材の厚み寸法に相当する隙間ができてしまう。そのため、帯板材同士間に巻き重ね方向に無駄な隙間が発生し、巻鉄心の径方向の大型化を招いてしまう不具合がある。特に、シート部材の厚み寸法が大きくなった場合に、隙間が大きくなってしまう。

そこで、帯板材を巻き重ねて構成されるものであって、巻き重ね方向の大型化を招くことなく、磁気的特性を制御するための適切なエアギャップを設けることが可能な静止誘導機器用巻鉄心を提供する。

実施形態に係る静止誘導機器用巻鉄心は、帯状の電磁鋼板からなる帯板材を、一巻きごとに少なくとも１箇所の突合せ接合部を設けながら複数枚巻き重ねて構成されると共に、前記突合せ接合部を前記帯板材の巻き重ね方向に１又は複数枚毎に階段状にずらしていくように構成された巻鉄心であって、前記突合せ接合部には、シート状の磁気的絶縁物が、その突合せ接合部に沿って、該突合せ接合部間を隔離する隔離部と、それら隔離部間を順につなぐ渡り部とを交互に有する階段状に曲折した形態で配置されてエアギャップが設けられ、前記複数枚の帯板材のうち、前記磁気的絶縁物のうち渡り部が配置される部分は、該渡り部の長さに対応して突合せ部分が離間していると共に、前記磁気的絶縁物の厚み寸法は、前記帯板材の１枚の厚み寸法と同等又は整数倍に構成され、前記複数枚の帯板材のうち、前記磁気的絶縁物のうち渡り部が配置される部分は、該磁気的絶縁物の厚み寸法に応じた枚数に関して、突合せ部分が離間している。

第１の実施形態を示すもので、巻鉄心の全体構成を概略的に示す正面図 巻鉄心の突合せ接合部を模式的に示す拡大縦断正面図 第２の実施形態を示すもので、巻鉄心の突合せ接合部を模式的に示す拡大縦断正面図 第３の実施形態を示すもので、巻鉄心の突合せ接合部を模式的に示す拡大縦断正面図

（１）第１の実施形態
以下、静止誘導機器としての単相用の変圧器に適用した第１の実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る変圧器用の巻鉄心１の全体構成を示している。この巻鉄心１は、図で上下方向に延びる２本の脚部２、２と、それら脚部２、２の上端部同士、下端部同士を左右につなぐ継鉄部３、３とを有した、環状に構成されている。各脚部２、２には、夫々巻線４（想像線で示す）が装着される。巻鉄心１は、内周側の窓部１ａが縦長の四角形状をなし、外周形状が多角形この場合八角形の環状に構成されている。尚、以下の説明で方向を言う場合には、図１の状態を正面図として説明する。

図２にも示すように、この巻鉄心１は、帯状の電磁鋼板例えばケイ素鋼板からなる帯板材５、５´を、一巻きごとの所要寸法に切断し、それら１枚１枚の帯板材５、５´を例えば１箇所の突合せ接合部６を設けながら、内外周方向に複数枚巻き重ねて構成される、いわゆるワンターンカット型のものとされている。本実施形態では、突合せ接合部６は、下部の継鉄部３の中央部分に来るように構成されると共に、突合せ接合部６を、帯板材５、５´の巻き重ね方向（径方向）に複数枚毎に階段状にずらしていくように構成される。尚、本実施形態では、図３に示すように、帯板材５、５´の１枚の厚みを、寸法ｔとしている。帯板材５、５´の厚み寸法ｔは、例えば０．２～０．３ｍｍとされる。

さて、本実施形態では、図２に模式的に示すように、前記突合せ接合部６には、シート状の磁気的絶縁物７が配置されてエアギャップが設けられる。磁気的絶縁物７は、例えばアラミド紙等の絶縁紙からなり、本実施形態では、例えば１枚の帯板材５、５´の厚み寸法ｔと同等の厚み寸法ｇを有している。これにて、磁気的絶縁物７の厚み寸法ｇに対応したエアギャップが設けられる。このとき、磁気的絶縁物７は、巻き重ね方向（径方向）に延び突合せ接合部６間を隔離する隔離部７ａと、帯板材５、５´の板面方向に平行に延びそれら隔離部７ａ間を順につなぐ渡り部７ｂとを交互に有する、階段状に曲折した形態で設けられる。

そして、前記複数枚の帯板材５、５´のうち、前記磁気的絶縁物７のうち渡り部７ｂが配置される部分、即ち帯板材５´については、該渡り部７ｂの長さに対応して突合せ部分が離間している。より具体的には、図２にハッチングの向きを変えて示すように、内周側（図で上側）から順に見ていくと、図で上から２枚は、帯板材５が配置されており、これら帯板材５については、突合せ接合部６が、寸法ｇだけ離間している。次の１枚は、帯板材５´が配置され、この帯板材５´については、突合せ接合部６が、渡り部７ｂの長さに対応した寸法ｓだけ離間している。つまり、帯板材５は、突合せ接合部６が寸法ｇだけ離間する寸法に切断され、帯板材５´は、突合せ接合部６が寸法ｓだけ離間する寸法（その分短い寸法）に切断されたものとされている。

更に、次の２枚は帯板材５が、それらの突合せ接合部６が図で右方にずれた状態で配置され、次の１枚に帯板材５´が配置されることが繰返される。図２では、そのパターンが３回繰返された後、次の２枚は帯板材５が配置される。また、巻鉄心１の継鉄部３は、巻き重ね方向に複数個のブロック、図では２つのブロックに分けられ、上記と同様の階段状の突合せ接合部６が繰返され、別の同様の磁気的絶縁物７が配置される。尚、図２に示すように、帯板材５、５´のｎ枚を１組と考えると（ここではｎ＝３）、ｎ枚を複数組繰返し、一方の端部に、１組（ｎ枚）のうち帯板材５のみ（ここでは２枚）を組合せたものが１つのブロックとなる。

次に、上記構成の巻鉄心１の作用・効果について述べる。まず、上記巻鉄心１の組立手順について簡単に述べる。即ち、巻鉄心１を組立てるにあたっては、所定幅の帯板材５、５´を所要の長さ寸法に裁断し、例えば内周側の帯板材５、５´から順に、端部を下部の継鉄部３に位置させるようにしながら、帯板材５、５´を環状に巻くように折曲げる。この場合、内周側の帯板材５、５´から外周側に向けて１枚ずつ密着させながら巻き重ねていく。このとき、帯板材５、５´を、四角形状あるいは八角形状に折曲げながら巻き重ねていく。

この巻き重ね時においては、帯板材５、５´の両端部が接近するようにして、突合せ接合部６が形成されるのであるが、上記のように、帯板材５については、突合せ接合部６が寸法ｇだけ離間し、帯板材５´は、突合せ接合部６が寸法ｓだけ離間するようにして、階段状に突合せ接合部６が形成されるように、位置決めされながら巻き重ねられる。そしてこのときには、突合せ接合部６に、磁気的絶縁物７を挟みながら帯板材５、５´の巻き重ねが行われる。

これにて、突合せ接合部６が、帯板材５、５´の巻き重ね方向に複数枚毎に階段状にずらしていくようにされながら巻鉄心１が構成される。そして、突合せ接合部６には、シート状の磁気的絶縁物７が、その突合せ接合部６に沿って隔離部７ａと渡り部７ｂとを交互に有する階段状に曲折した形態で配置されることにより、エアギャップが設けられる。尚、磁気的絶縁物７を階段状にするには、磁気的絶縁物７を予め階段形状に整形しておいても良いし、最初は平板状で帯板材５、５´に挟まれた状態としておき、帯板材５、５´を巻き重ねていく際に、順に折曲げていくようにしても良い。

このように構成された本実施形態の巻鉄心１においては、複数枚の帯板材５、５´のうち、磁気的絶縁物７のうち渡り部７ｂが配置される部分は、該渡り部７ｂの長さ寸法ｓに対応して突合せ部分６が離間している。これにて、帯板材５、５´同士が重なり合う部分には、磁気的絶縁物７の渡り部７ｂが配置される空間が形成され、磁気的絶縁物７の配置される空間が、全体として階段状に形成される。これにより、磁気的絶縁物７は、その空間に階段状をなすように配置されてエアギャップが形成されるようになる。この場合、帯板材５、５´同士を密着して巻き重ねていっても、巻き重ね方向に隙間が形成されることはなく、巻鉄心１が大型化することを抑制することができる。

この結果、本実施形態によれば、帯板材５、５´を巻き重ねて構成されるものであって、巻き重ね方向の大型化を招くことなく、磁気的特性を制御するための適切なエアギャップを設けることが可能となるという優れた効果を得ることができる。また、磁気的絶縁物７の整形も容易で、組付け作業も容易に行うことができる。尚、変圧器としては、例えばデータセンタ等で用いられるパワエレ用変圧器に適用することが可能で、省スペース化、高効率化、信頼性の向上を図ることができる。

（２）第２の実施形態
図３は、第２の実施形態を示すものであり、巻鉄心１１の下部継鉄部の突合せ接合部１６部分の構成を模式的に示している。この第２の実施形態においては、突合せ接合部１６には、シート状の磁気的絶縁物１７が配置されてエアギャップが設けられるのであるが、磁気的絶縁物１７の厚み寸法ｇを、帯板材１５、１５´の１枚の厚み寸法ｔの整数倍この場合２倍（ｇ＝２ｔ）としている。

即ち、前記磁気的絶縁物１７は、巻き重ね方向（径方向）に延び突合せ接合部１６間を隔離する隔離部１７ａと、帯板材１５、１５´の板面方向に平行に延びそれら隔離部１７ａ間を順につなぐ渡り部１７ｂとを交互に有する、階段状に曲折した形態で設けられる。内周側（図で上側）から順に見ていくと、図で上の１枚は、帯板材１５が配置されており、これら帯板材１５については、突合せ接合部１６が、寸法ｇだけ離間している。次の２枚は、帯板材１５´が配置され、これらの帯板材１５´については、突合せ接合部１６が、渡り部１７ｂの長さに対応した寸法ｓだけ離間している。

更に、次の２枚は帯板材１５が、それらの突合せ接合部１６が図で右方にずれた状態で配置され、次の２枚に帯板材１５´が配置されることが繰返される。最後に外周側に２枚の帯板材１５が配置されて１つのブロックが構成される。図３では、３つのブロックを設けた構成が例示されている。

このように、複数枚の帯板材１５、１５´のうち、磁気的絶縁物１７のうち渡り部１７ｂが配置される部分は、２枚の帯板材１５´に関して、該渡り部１７ｂの長さ寸法ｓに対応して突合せ部分１６が離間している。これにて、帯板材１５、１５´同士が重なり合う部分には、磁気的絶縁物１７の厚み寸法ｇに応じて渡り部１７ｂが配置される空間が形成され、磁気的絶縁物１７の配置される空間が、全体として階段状に形成される。これにより、磁気的絶縁物１７は、その空間に階段状をなすように配置されてエアギャップが形成されるようになる。

従って、帯板材１５、１５´同士を密着して巻き重ねていっても、巻き重ね方向に隙間が形成されることはなく、巻鉄心１１が大型化することを抑制することができる。この結果、この第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、帯板材１５、１５´を巻き重ねて構成されるものであって、巻き重ね方向の大型化を招くことなく、磁気的特性を制御するための適切なエアギャップを設けることが可能となるという優れた効果を得ることができる。

そして、本実施形態では、磁気的絶縁物１７の厚み寸法ｇ、即ちエアギャップの寸法を、帯板材１５、１５´の１枚の厚み寸法ｔの整数倍とし、磁気的絶縁物１７のうち渡り部１７ｂが配置される部分を、該磁気的絶縁物１７の厚み寸法ｇに応じた枚数の帯板材１５´に関して、突合せ接合部１６が離間している構成とした。これにより、上記第１の実施形態のように、帯板材５、５´の１枚の厚み寸法に対応したエアギャップを設けることができることは勿論、この第２の実施形態のように、厚みの大きい、即ち１枚の帯板材１５，１５´の厚み寸法ｔの整数倍の厚みを有する磁気的絶縁物１７を採用して、エアギャップの大きさを調整することが可能となる。この結果、励磁電流の大きさを、要求に応じてコントロールすることが可能となる。

（３）第３の実施形態、その他の実施形態
図４は、第３の実施形態を示すものであり、巻鉄心２１の下部継鉄部の突合せ接合部２６部分の構成を模式的に示している。この第３の実施形態に係る巻鉄心２１は、やはり、帯板材２５を、一巻きごとに１箇所の突合せ接合部２６を設けながら複数枚巻き重ねて構成されると共に、前記突合せ接合部２６を帯板材２５の巻き重ね方向に、例えば１枚毎に階段状にずらしていくように構成されている。

そして、前記突合せ接合部２６には、シート状の磁気的絶縁物２７が、帯板材２５の巻き重ね方向に連続した形態で配置されてエアギャップが設けられ、複数枚の帯板材２５の突合せ接合部２６部分は、磁気的絶縁物２７が巻き重ね方向に対し斜め方向に直線状に延びて配置可能な、連続した空間が形成されるように離間している。より具体的には、１枚の帯板材２５の突合せ部分には、寸法ｃの隙間が形成されるようになっており、１枚毎に隙間の位置が図で右方に半ピッチ分ずつずれていくようにしながら、帯板材２５が巻き重ねられる。これにて、斜め方向に連続する空間が形成され、その空間部分に、直線状に延びた磁気的絶縁物２７が配置される。この場合、ｎ枚例えば５枚の帯板材２５が１ブロックとなるように、複数のブロックが繰返し設けられる。

この第３の実施形態によっても、上記第１の実施形態等と同様に、帯板材２５を巻き重ねて構成されるものであって、巻き重ね方向の大型化を招くことなく、磁気的特性を制御するための適切なエアギャップを設けることが可能となるという優れた効果を得ることができる。そして、本実施形態では、磁気的絶縁物２７を、直線状に延びた形態とすれば済むので、階段状に整形するような場合に比べて、構成が簡単になり、組付け作業が容易となる。

尚、上記した各実施形態では、静止誘導機器として、単相の変圧器に適用するようにしたが、静止誘導機器としては、三相の変圧器であっても良く、或いはリアクトルに適用することもできる。三相の変圧器の場合、巻鉄心からなる内側鉄心を２個並べると共に、その外側に巻鉄心からなる外側鉄心を配置して構成することができ、その場合にも、各巻線に同様に磁気的絶縁物を設けることができる。また、上記各実施形態では、一巻きに１か所の突合せ接合部を設ける構成としたが、突合せ接合部を２か所以上に設けるものであっても良い。更には、鉄心の外形としては、八角形に限らず、四角形等の他の多角形としたり、角部に丸みを帯びたほぼ四角形に構成したりしても良い。

その他、帯板材の枚数などの具体的数値は、便宜上判りやすい例を示したものに過ぎず、様々な変更が可能であることは勿論である。以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１、１１、２１は巻鉄心、２は脚部、３は継鉄部、５、５´、１５、１５´、２５は帯板材、６、１６、２６は突合せ接合部、７、１７、２７は磁気的絶縁物、７ａ、１７ａは隔離部、７ｂ、１７ｂは渡り部を示す。

Claims (2)

1. 帯状の電磁鋼板からなる帯板材を、一巻きごとに少なくとも１箇所の突合せ接合部を設けながら複数枚巻き重ねて構成されると共に、
   前記突合せ接合部を前記帯板材の巻き重ね方向に１又は複数枚毎に階段状にずらしていくように構成された巻鉄心であって、
   前記突合せ接合部には、シート状の磁気的絶縁物が、その突合せ接合部に沿って、該突合せ接合部間を隔離する隔離部と、それら隔離部同士間を順につなぐ渡り部とを交互に有する階段状に曲折した形態で配置されてエアギャップが設けられ、
   前記複数枚の帯板材のうち、前記磁気的絶縁物のうち渡り部が配置される部分は、該渡り部の長さに対応して突合せ部分が離間していると共に、
   前記磁気的絶縁物の厚み寸法は、前記帯板材の１枚の厚み寸法と同等又は整数倍に構成され、
   前記複数枚の帯板材のうち、前記磁気的絶縁物のうち渡り部が配置される部分は、該磁気的絶縁物の厚み寸法に応じた枚数に関して、突合せ部分が離間している静止誘導機器用巻鉄心。
2. 前記複数枚の帯板材は、内周部に四角形の窓部を有する形態とされると共に、
   多角形状に折曲げられながら巻き重ねられている請求項１記載の静止誘導機器用巻鉄心。

Images