JP7356785B2 - 変圧器及びアモルファス薄帯 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器、鉄心及びアモルファス金属薄帯に関する。

特許文献１（特開昭５８－７４０２９号公報）には、「巾方向に複数枚並べた狭巾薄板状の第１群及び第２群のアモルファス間を接着して所定の長さに切断した後、両群のアモルファス間を溶着するようにした広巾積層アモルファスの製造装置を提供する。」と記載されている（明細書１頁右欄１８行目から２頁左上欄２行目）。

特開昭５８－７４０２９号公報

変圧器に使用される鉄心のうち巻鉄心を用いるものは、積層された鉄心材料の一部を開き、開かれた部分に巻き回されたコイルを挿入される。その後、鉄心材料のうち開かれた部分がラッピングされる。

鉄心材料としてアモルファス磁性薄帯（以下、アモルファス薄帯、アモルファス材またはアモルファス金属薄帯とも呼ぶ）を用いた巻鉄心はアモルファス巻鉄心または単にアモルファス鉄心と呼ばれる。

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伴い、鉄心に流れる磁束密度が大きくなるため、鉄心の大型化が必要である。鉄心の大型化には鉄心の厚みまたは幅を大きくすることが考えられる。

鉄心の厚みのみを大きくする場合には、鉄心の厚み方向が大きくなるため好ましくない。また、鉄心の自重が大きくなるが、自重を受ける面積は鉄心幅であるため、厚みが大きくなるにつれ、鉄心が受ける応力が大きくなり、歪が生じ鉄心の磁性特性が低下する。

一方で、幅の広いアモルファス薄帯を採用することが考えられる。しかし、アモルファス薄帯は、溶融したアモルファス金属材料を冷却されたロール部材に接触させ急速冷却を行いつつ薄く広げる製造工程を有する。

そのため、溶融されたアモルファス金属材料の冷却と広げる工程を同時に行う必要があるため、原理上、幅が広いアモルファス薄帯を製造することは困難である。実際に製造されるアモルファス薄帯の幅は数十ｍｍから２００ｍｍ程度の幅である。

冷却と広げる上記より幅が広いアモルファス薄帯は厚みや大きさにばらつきが出る。厚みや大きさにばらつきが大きいアモルファス薄帯を鉄心とする場合には、鉄心内の厚み方向または径方向の空隙の量が増え、鉄心の占積率が低くなり鉄心としての性能は低下しやすくなる。そのため、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った。

特許文献１には、巾方向に並べられた第１群のアモルファス及び第２群のアモルファスを接着し、第１群のアモルファス及び第２群のアモルファスの端末部及び中間面を溶接するアモルファス金属部材が記載されている。

鉄心の磁性特性は、鉄心の占積率に依存するため、アモルファス薄帯同士をできるだけ近づけるとよい。しかし、アモルファス薄帯の長辺方向の外形は直線形状になっておらず、うねりと呼ばれる曲線形状を有するため、うねりを考慮して近づける必要がある。

このうねりは、品質のよいアモルファス薄帯であってもアモルファス薄帯の規格上の幅よりもサブミリ程度（０．１から０．９ｍｍ程度）の誤差を有する場合がある。品質がよい場合には、０．１ｍｍ程度以下である。

また、このうねり同士の距離を近づけ重なり合うことで重なり合わない部分との厚みに差ができることで鉄心の厚み方向の占積率が低下することとなる。また、このうねりが重なり合わないようにアモルファス薄帯同士を離すと間隙が大きくなり、鉄心の幅方向の占積率が低下することとなる。

特許文献１は、第１群及び第２群のアモルファスの巾方向に並べられたアモルファス薄帯を並べる構造については考慮されていない。

本発明の目的は、占積率が向上する鉄心を有する変圧器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一例である変圧器は、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、該巻鉄心の幅方向に金属部材が２以上並べられており、金属部材のうち第１の金属部材は、第１の金属部材よりも薄い接合部を介して第２の金属部材と接合されていることを特徴とする。

本発明により、並べられたアモルファス薄帯の占積率が向上する変圧器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る３相３巻線で構成された鉄心とコイルの組立体を示す斜視図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯を積層し、鉄心の構成を示す斜視図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の断面図である。 アモルファス薄帯のうねりの例を示す上面図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合状態を示す上面図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合部の断面図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合方法の一例を示す図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合方法の工程ごとの接合断面を示す図である。 本発明の実施例に係る接合されたアモルファス薄帯の断面像である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合方法の一例を示す図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合方法の一例を示す図である。 本発明の実施例に係るアモルファス薄帯の接合方法の一例を示す図である。

以下、実施例について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。

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。

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。

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コイルとの組立体３０を示す斜視図である。組立体３０は、外鉄心３０ａと内鉄心３０ｂにコイル４０ａが、内鉄心３０ｂと内鉄心３０ｃにコイル４０ｂが、内鉄心３０ｃと外鉄心３０ａにコイル４０ｃが、それぞれ巻き回されている。外鉄心３０ａは、内鉄心３０ｂと３０ｃの外周側に巻き回された鉄心である。

内鉄心３０ｂの幅方向がｘ軸方向、内鉄心３０ｂの水平方向がｙ方向、内鉄心３０ｂの鉛直方向がｚ軸方向である。

組立体３０は組立体３０を絶縁油で満たす油入変圧器またはコイル４０ａ、４０ｂ、４０ｃをモールド樹脂で覆うモールド変圧器にも実施可能である。

なお、外鉄心３０ａ、内鉄心３０ｂ、３０ｃは巻鉄心であるためラッピング部分が設けられるが、図示せず省略する。

実施例１について図２から図５を用いて説明する。
図２には図１に示した組立体３０が有する内鉄心３０ｂを示す。また、コイル４０ａとコイル４０ｂを非表示とした図である。内鉄心３０ｂを代表例として説明するが、外鉄心３０ａ及び内鉄心３０ｃであっても実施可能である。

内鉄心３０ｂには、第１のアモルファス薄帯１１ａと第２のアモルファス薄帯１１ｂが並べられている。説明の一例として、第１のアモルファス薄帯１１ａと第２のアモルファス薄帯１１ｂは、ｘ方向の製品規格の幅が同一である。一例として製品規格が２００ｍｍのアモルファス薄帯が２枚並べられているため、内鉄心３０ｂの幅は約４００ｍｍである。

ここで、「製品規格の幅が同一」とは、厳密に同一の幅を意味するのではなくアモルファス薄帯の製品規格が同一の幅のものを含む概念である。すなわち、製品規格が幅２００ｍｍであるアモルファス薄帯は、幅の測定箇所によって１９９ｍｍや２０１ｍｍ等の部分を有する場合があるが、同じ幅であることを意味する。単に同じ幅と示すときも同様である。うねりについては図４を用いて後述する。

また、アモルファス薄帯１１ａとアモルファス薄帯１１ｂとの間に接合部２１が径方向に所定の間隔で設けられている。

図示しないが、コーナ部ｃ１とｃ２との間である平面部分には、アモルファス薄帯がラッピングされる部分であるラップ部が設けられる。ラッピング方法は、いわゆる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。なお、コーナ部ｃ１とｃ２以外の他の平面部分にラップ部を設けることも可能である。

接合部２１は、コーナ部ｃ１やｃ２の曲面部に設けない場合、または平面部よりも接合部２１の数を減らす場合にはアモルファス薄帯の皺が生じにくくなる。さらに、平面部よりも曲面部の接合部２１の配置間隔を長くすることでアモルファス薄帯の皺が生じにくくすることができる。これにより、内鉄心３０の曲面部の歪を小さくでき、内鉄心３０ｂの鉄損を小さくすることができる。

ここでコーナ部ｃ１とｃ２に代表される曲面部とは、内鉄心３０ｂの角部にある曲率を有する領域をいう。平面部とはコーナ部と他のコーナ部との間に設けられる領域のことをいう。なお、ラップ部は、ラッピング方法によっては曲率を有することとなるが、鉄心３０ｂの角部に設けられないラップ部は、平面部の概念に含まれる。

図２のａ－ａ’断面を図３に示す。図３左側がａ、右側がａ’側である。
第１のアモルファス薄帯１１ａと第１のアモルファス薄帯１１ａと製品規格の幅が同一の第２のアモルファス薄帯１１ｂが接合部２１ａによって接続され配置される第１の層のアモルファス薄帯２０ａが示される。接合部２１ａは第１のアモルファス薄帯１１ａと第２のアモルファス薄帯１１ｂが金属接合された部分である。

接合部２１ａは、第１のアモルファス薄帯１１ａと第２のアモルファス薄帯１１ｂの一部がレーザ或いは電気抵抗などで溶接され接合された部分である。接合部２１ａの接合方法は、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ことができる。

その他、スポット接合、その他、電気抵抗接合を用いることができる。電気抵抗を連続的に加える場合、断続的に加える場合であっても実施できる。さらに、電気抵抗を断続的に加える場合にスポット溶接で接合することも可能である。

第１の層のアモルファス薄帯２０ａの下の層には、第２の層のアモルファス薄帯２０ｂが示される。第２の層のアモルファス薄帯２０ｂは、第１のアモルファス薄帯１１ｃと第２のアモルファス薄帯１１ｄとが接合されている。

次に、第１の層のアモルファス薄帯２０ａから数えてｎ層目に配置される第ｎの層のアモルファス薄帯２０ｎは、第１のアモルファス薄帯１１ｅと第２のアモルファス薄帯１１ｆとが接合部２１ｎで接合されている。

ここで、第２の層のアモルファス薄帯２０ｂには、第１のアモルファス薄帯１１ｃと第２のアモルファス薄帯１１ｄとの間には空隙２２が示される。図３に示すａ－ａ’断面とは異なるｙ軸方向の他の部分、すなわち、ａ－ａ’断面の奥又は手前側で接合する部分を有するため、ａ－ａ’断面には接合部が図示されていない。

このような第１のアモルファス薄帯１１ａ、１１ｃ、１１ｅと第２のアモルファス薄帯１１ｂ、１１ｄ、１１ｆが幅方向に並べられる関係をアモルファス薄帯の対向する長辺を突き合わせるという。また、突き合わせられたアモルファス薄帯を接合部２１、２１ｎ等を介した接合を突き合わせ接合と呼ぶ。

図示するように接合点２１ａ、２１ｎの厚みは、アモルファス薄帯１１ａ等以下の厚みであることが望ましい。アモルファス薄帯と接合点の厚みが同一であれば、接合点周囲が他のアモルファス薄帯の部分と異なる厚みとならないため、鉄心として積層した場合に、占積率を向上させることができる。また、アモルファス薄帯同士が重なり合う部分が生じない。

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、突き合わせられたアモルファス薄帯同士が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、接合面積や接合部の点数の増減により接合強度は調整可能である。

また、接合部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。

図４を用いてうねりについて説明する。図４には、ｙ軸方向に向かって第１のアモルファス薄帯１１ａと第２のアモルファス薄帯１１ｂが長辺同士が突き合わせられるように並べられている。すなわち、第１のアモルファス薄帯２０ａが長辺方向で沿うように第２のアモルファス薄帯２０ｂが並べられている。また、短辺方向（幅方向）は一部省略し、長辺を拡大した例を示している。

アモルファス薄帯は製造方法の都合上、うねりは個体ごとにバラつきを有する。品質のよいアモルファス薄帯では規格上の幅からサブミリ程度大きいまたは少ない幅を有する。サブミリとは、１ｍｍ未満をいい、具体的には、０．１以上から０．９ｍｍ以下程度である。

上述のうねりを考慮して人手で２つのアモルファス薄帯の突き合わせを行うのは困難である。突き合わせた後に、うねり同士が重なり合うと単純に２枚のアモルファス薄帯の厚みを有する部分が生じる。

うねり同士が重なったアモルファス薄帯を２０００枚程度積層した鉄心の場合に、アモルファス薄帯の席層方向の占積率の低下の原因となる。変圧器の鉄心は、このようなうねり同士の重なり合う部分を減らしつつ、さらに、アモルファス鉄心の幅方向の占積率を向上すること、つまり、突き合わせ距離を小さくすることが必要である。

しかし、また、うねりを考慮して２つのアモルファス薄帯同士を離れるように突き合わせると幅方向の占積率が低下する。そのため、アモルファス薄帯同士が重なり合わないようにしつつ、近づけることが重要である。

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、アモルファス薄帯を並べたときの幅方向の占積率とは、並べられた鉄心部材と空隙の比率である。つまり、図３では、アモルファス薄帯１１ａの幅とアモルファスアモルファス薄帯１１ｂと空隙２１ａとの比率、アモルファス薄帯１１ｃの幅とアモルファスアモルファス薄帯１１ｄと空隙２２との比率である。

突き合わせ接合の構造について図５から６を用いて説明する。
図５には、アモルファス薄帯１１ａに突き合わせられたアモルファス薄帯１１ｂが示される。また、これらは、接合部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ等によって接合されている。接合部２２ｂの両側には、溶接痕４１ａと４１ｂが示される。

各接合部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの断面をｂ－ｂ’断面、ｃ－ｃ’断面、ｅ－ｅ’断面として図６に示す。

図６ｂ－ｂ’断面では、アモルファス薄帯１１ａの上側に溶接痕４１ａ、４２ｂが示される。この溶接痕４１ａ、４２ｂは、電気抵抗溶接によるものであり、後述の電極が配置され、電流が流されたことにより生じた痕である。

接合部２２ｂは、アモルファス薄帯１１ａと１１ｂの間に設けられ、接合部２２ｂの外側よりも中央側の厚みが小さい様子が示される。また、溶融した状態の接合部２２ｂはいわゆるブリッジと同様の状態となるため、外側から中央にかけて徐々に厚みが小さくなるよう曲面形状を有する。なお、ブリッジとは、はんだが２つの部材を接合した状態である。

接合部がブリッジとなるのは、後述の接合メカニズムによるものである。接合部２２ｂがアモルファス薄帯より薄くなることで積層した際にアモルファス薄帯同士が重なり合う部分が生じずに占積率を向上させることができる。

ｃ－ｃ’断面では、溶接痕が残らない例を示している。また、接合部２２ｃは、アモルファス薄帯とほぼ同一の厚みである様子が示される。接合部の厚みがアモルファス薄帯との厚みと同一以下であれば、積層した際に接合部周辺の厚みが増すことがなくなるため、占積率を向上させることができる。

ｄ－ｄ’断面では、溶接痕は４１ｃ、４１ｄでアモルファス薄帯１１ａ、１１ｂの上部表面に残っており、接合部２２ｄは中央に空隙を有している。接合部２２ｄの外縁同士が接続されることによって、アモルファス薄帯１１ａと１１ｂが接続されている。

この接合部２２ｄは、溶融されたアモルファス材料が溶融し、凝固する際にできたものである。接合部２２ｄは、アモルファス薄帯１１ａとアモルファス薄帯１１ｂの突き合わせられた部分が溶融し、溶融部がアモルファス薄帯のうち溶融していない部分に表面張力により溶融部が引っ張られる。溶融したアモルファス薄帯よりも溶融していないアモルファス薄帯の方が表面張力が大きいため、溶融部の中央に空隙ができる。

この空隙ができたまま、溶融部が凝固することによって生じるものである。表面張力によって引っ張られる最大の厚みがアモルファス薄帯の断面の厚みのため、接合部２２ｄの厚みはアモルファス薄帯の厚みより大きくなることはない。よって、空隙ができた接合部２２ｄであっても、占積率の向上に寄与することができる。

次に、電気抵抗溶接を用いた場合の接合メカニズムについて図７と８を用いて説明する。
第１のアモルファス薄帯１１ａに突き合わせられる第２のアモルファス薄帯１１ｂが絶縁台１１０に配置されている。第１のアモルファス薄帯１１ａの上部に正極の電極１００ａ、第２のアモルファス薄帯１１ｂの上部に負極の電極１００ｂが配置されている。電極１１０ａ、１１０ｂはアモルファス薄帯１１ａまたは１１ｂに接触することが望ましい。コンタクト抵抗を小さくして電気抵抗溶接の効率を上げるためである。

電極１００ａと電極１００ｂの中心同士の距離ｗ１は、突き合わせられたアモルファス薄帯１００ａと１００ｂの間隙ｈよりも大きければ実施できる。距離ｗ１と間隙ｄはできるだけ近いと電気抵抗溶接による電流パスをコントロールしやすくなる。距離ｗ１＞間隙ｗ２であれば実施可能である。

さらに、望ましくは、ｗ１＞ｗ３＋２×ｗ２の条件を満たす場合である。ｗ３は電極１００ａと１００ｂの直径である。この条件であれば、電極１００ａと１００ｂ同士が接触することはなく、電極１００ａ等がアモルファス薄帯の端面に接触することもないからである。

電極１００ａと１００ｂに電流を流すと電極１００ａ、第１のアモルファス薄帯１１ａ、間隙ｈ、第２のアモルファス薄帯１１ｂ、電極１００ｂの順に電流パスが生成される。電流パスは、アモルファス薄帯１１ａと１１ｂとの間でアーク放電が生じる。アーク放電は電流パスのうち抵抗の大きい部分で生じるため、突き合わせられたアモルファス薄帯１１ａ、１１ｂとの間の間隙で生じる。

図８（ａ）には、アーク放電により間隙でプラズマが発生し、発生したプラズマ周囲のアモルファス薄帯が加熱、溶融されることにより溶融部４１ｃが生じる様子が示される。また、電極１００ａとアモルファス薄帯１１ａとが接触する部分に生じるコンタクト抵抗によって、アーク放電が生じ、溶接痕４１ａが生じる場合がある。

次に、図８（ｂ）には、電流を流し続けることによって、２０００以上３０００℃以下程度のプラズマがアモルファス薄帯端面の溶融量を増加させ、溶融部４１ｃよりも増加した溶融部４１ｄが示される。

その後、図８（ｃ）に示すように、溶融したアモルファス薄帯同士が接触し、冷却されることで接合部２２ｅが生成される。この溶融部４１ｄが接触することは、溶融したアモルファス薄帯が電気的パスによって引き付け合う、または、増加した溶融部４１ｄの広がろうとする力が、アモルファス薄帯の端面の表面張力よりも大きくなることにより溶融部４１ｄ同士が接触すると考えられる。

ここで、溶融部４１ｄが接触し、接合部２２ｅを製造するための間隙ｈとアモルファス薄帯１１ａ、１１ｂの厚みｄとの関係について説明する。発明者らの実験により、厚みｄが２５μｍ、間隙ｗ２を１２μｍとして、電気抵抗溶接を行ったところ、好適に接合部２２ｅを製造できることを確認した。

すなわち、アモルファス薄帯１１ａ、１１ｂの厚みｄ≧間隙ｗ２であれば十分実施できる。間隙ｗ２は、接合されたアモルファス薄帯の端面同士を測定した平均値で求めることができる。アモルファス薄帯はうねりを有するため間隙ｗ２は、アモルファス薄帯１１ａと１１ｂの距離は長辺方向で変化する。

しかし、うねりは製造工程の都合上、冷却ロールに依存して生成されるため、周期性を有している。そのため、うねりの平均値を間隙の測定点とすることができ、間隙ｗ２を求めることができる。また、うねりは上記したように周期性を有するため、最も短い点を間隙の測定点とすることもできる。周期は、冷却ロールの直径に依存し、製造プロセスの都合により数百ｍｍ程度以下である場合が多い。

また、発明者らの他の実験によって、厚みｄが２０μｍ、間隙ｗ２を４０μｍであっても接合できることを確認した。一方で、厚みｄが２０μｍ、間隙ｗ２が５０μとした場合には、接合が不十分となる場合が確認された。

つまり、鉄心またはアモルファス薄帯の幅方向の占積率を向上させるためには、望ましくはｗ２≦２×ｄの関係となるよう接合するとよい。間隙ｗ２と厚みｄのアスペクト比が１：２以下の関係であるとよい。

この値とすることで、溶融部４１ｄがアモルファス薄帯１１ａ側と１１ｂ側から生じるため、溶融部４１ｄ同士が接触しやすくなるからである。また、溶融部４１ｄ同士が接触しやすいため、電気抵抗溶接により加熱される時間が短くなるためアモルファス金属が結晶化しづらくなる。ひいては、巻鉄心及び変圧器の損失低下に寄与する。

上記の条件とアモルファス薄帯のうねりがサブミリ程度であることについて説明する。アモルファス薄帯はうねりを有するため、間隙ｗ２を２５μｍとすると、突き合わせられたアモルファス薄帯同士が接触し重なり合う場合がある。この場合でも、上記の条件で電気抵抗溶接を行うと、好適に接合部を製造することが確認されている。

重なり合う部分は局所的であり、その周囲で電気抵抗溶接を行うと、局所的な重なり合う部分に電流パスが生成されやすくなる。重なり合う部分は間隙が少なくなるため、電流パスが他の部分よりも生じやすくなるためである。

また、局所的に重なり合う部分にはコンタクト抵抗が生じるため、この周囲でアーク放電によるプラズマが生じる。プラズマによってアモルファス薄帯の局所的に重なり合う部分が加熱溶融され、重なり合う部分溶融されるため重なり合う部分がなくなる。

その後、溶融部が接触するアモルファス薄帯の端面の表面張力によって長辺方向に広がりながら冷却される。これによって、重なり合う部分がある場合でも実施可能である。また、アモルファス薄帯にうねりがあっても、上記条件を満たすことで実施可能である。この条件を満たすことは、突き合わせられたアモルファス薄帯の間隙ｗ２の幅を測定することにより確認できる。

すなわち、接合されたアモルファス薄帯は、間隙ｗ２がアモルファス薄帯の厚みｄよりも小さいということである。さらに、占積率を向上させるためには、間隙ｗ２が厚みｄの半分以下であるとよい。

接合部の断面について図９に示す断面撮影像を用いて説明する。第１のアモルファス薄帯１１ｇに突き合わせられた第２のアモルファス薄帯１１ｈが接合部２２ｆによって接続されている様子が示されている。断面の位置は、図５のｄ－ｄ’断面である。撮像の都合により、第１のアモルファス薄帯１１ｇは切断されている。

接合部２２ｆの中央に示される中央部２２ｇには、厚み方向に２本の白い線がある。図５のｄ－ｄ’断面には中央に空隙があるが、これを示したものである。つまり、中央部２２ｇの白い線より中央側の像は、空隙の奥に示される接合されたアモルファス薄帯である。すなわち、白い線は、断面よりも奥にあるアモルファス薄帯と断面のアモルファス薄帯との境界線である。

接合部２２ｇは、第１のアモルファス薄帯１１ｈの溶着部２２ｆ’から第２のアモルファス薄帯１１ｇの溶着部（図示しない）までをいう。また、中央部２２ｇの厚みより溶着部２２ｆ’の厚みが大きく、溶着部２２ｆ’の厚みよりアモルファス薄帯１１ｈの厚みが大きい。すなわち、第１のアモルファス薄帯、第１の溶着部、中央部の順に厚みが小さくなり、また、中央部、第２の溶着部、第２のアモルファス薄帯の順に厚みが大きくなる。このような厚みの順になることで、接合部が段階的な厚みとなり、歪が生じても段階的に応力を受けることができるため、全体の品質が向上する。

アモルファス薄帯１１ｇ、１１ｈの厚みは約２０μｍであり、接合部２２ｆの厚みは約１０μｍ程度である。また、接合部２２ｆと第２のアモルファス薄帯１１ｈとの間には、うねり１１ｉがあり、接合部２２ｆの厚み以上第２のアモルファス薄帯１１ｈの厚み以下である。換言すると、接合部２２ｆの厚みは、第１のアモルファス薄帯１１ｇの厚み以下である。

そのため、接合部２２ｇはアモルファス薄帯１１ｇまたは１１ｈの接合部２２ｇを有さない領域よりも薄い。また、接合されたアモルファス薄帯を積層した場合に、接合部を有する断面よりも接合部を有さない断面の方が占積率が高い。接合部２２ｇを設けることで、幅が広いアモルファス薄帯を製造することができる。

また、突き合わせたアモルファス薄帯の間に接合部を設けることができるため、突き合わせたアモルファス薄帯同士の間隙を小さくすることができ、幅方向の占積率を従来よりも向上させることができる。また、アモルファス薄帯は外れにくく、巻鉄心として製造工程のラッピング作業が容易となる。

なお、接合部２２ｆの厚み方向のうち溶着部２２ｆ’に白い点が示されるが、アモルファス組織が再結晶化した領域であることが確認された部分である。

また、マイクロＸ線で調べたところ溶着部は結晶化した反応を示した。再結晶粒の大きさは接合部２２ｆ全体のうち中央部２２ｇ側とその両端側の溶着部２２ｆ’で異なる。中央部２２ｇ側は溶着部２２ｆ’に比べると少ないことが確認された。本実施例では溶着部周辺の方が再結晶粒がＳＥＭ観察で確認できるものであった。ただし、接合したアモルファス薄帯の磁束は長手方向に流れるため、結晶化部分が磁束の流れに与える影響は小さい。

また、結晶化領域はアモルファスと異なり，塑性変形が生じる。そのため，その溶着部の箇所が元の板厚より厚くなった場合でも押し潰すことで板厚を薄くすることができる。

実施例２について、図１０を用いて説明する。図１０は図２のａ－ａ’断面を示すが、図２とはアモルファス薄帯の幅が異なる。同一の符号については説明を省略する。

第１の層１０’ａは、第１のアモルファス薄帯１１’ａに突き合わせられた第２のアモルファス薄帯１１’ｂが接合部２１’ａによって接合されている。また、第２の層１０’ｂは、第１のアモルファス薄帯１１’ｃに突き合わせられた第２のアモルファス薄帯１１’ｄが接合部２１’ｂによって接合されている。

第１のアモルファス薄帯１１’ａと１１’ｄは規格上同一の幅であり、第２のアモルフファス薄帯１１’ｂと１１’ｃは規格上同一の幅である。このような幅にすることで、第１の層１０’ａと第２の層１０’ｂで、接合部２１’ａと２１’ｂがそれぞれ互い違いになるように配置されている。第ｎの層１０’ｎまで繰り返して配置されている。つまり、層ごとに接合部を異なる位置に配置している。

この場合は、接合部が各層で互い違いとなるため、複数層に応力が加えられても、応力が集中する点は各層で異なるため、複数層全体で応力が分散されるため、各層でほぼ同様の位置に接合部を設けた場合よりも破損しづらくなる。また、アモルファス薄帯の幅が２種類となるため、製造プロセスが簡易になるため、接合後のアモルファス薄帯を鉄心として組み上げた際に品質が向上する。

実施例３について、図１１を用いて説明する。図１０の変形例であり、アモルファス薄帯の幅が各層ごとに異なる。

第１の層１０’ｃは、第１のアモルファス薄帯１１’ｅに突き合わせられた第２のアモルファス薄帯１１’ｆが接合部２１’ｃによって接合されている。また、第２の層１０’ｄは、第１のアモルファス薄帯１１’ｇに突き合わせられた第２のアモルファス薄帯１１’ｇが接合部２１’ｄによって接合されている。第３の層１０’ｅは、第１のアモルファス薄帯１１’ｊに突き合わせられた第２のアモルファス薄帯１１’ｉが接合部２１’ｅによって接合されている。

第１のアモルファス薄帯１１’ａから１１’ｊはそれぞれ規格上異なる幅である。このような幅にすることで、接合部２１’ｃから２１’ｅを各層で異なる位置に配置することができる。つまり、接合部のステップ構造にすることができるため、実施例１よりさらに、強度、柔軟性を向上させることができる。ひいては組み上がった鉄心、変圧器の寿命の向上に寄与することができる。

図１２を用いて、実施例４について説明する。図１１の変形例である。代表して第１の層１０７’ｆのみ図示する。

第１の層１０７’ｆは第１のアモルファス薄帯１１’ｋと第２のアモルファス薄帯１１’ｌが接合部２１’ｆによって接続され、また、第２のアモルファス薄帯１１’ｌと第３のアモルファス薄帯１１’ｍが接合部２１’ｇによって接続されている。

アモルファス薄帯１１’ｋ、１１’ｌ、１１’ｍはそれぞれ規格上の幅が異なる。本発明の接合方法によれば、複数の幅のアモルファス薄帯同士を接合し、幅が広いアモルファス薄帯を製造することができる。３枚以上のアモルファス薄帯を接合することができるため、２枚の突き合わせ接合よりもさらに大容量のアモルファス鉄心及びアモルファス変圧器を実現することができる。

また、複数種類のアモルファス薄帯を接合することができるため、変圧器容量に適した幅のアモルファス薄帯を製造することができる。設計自由度が向上させることができ、より適した接合後のアモルファス薄帯となるため、高品質のアモルファス鉄心及び変圧器を提供することができる。

各実施例はそれぞれの構造を組み合わせ等可能であり、例えば実施例４に実施例２または３を適用し、複数枚のアモルファス薄帯を突き合わせ接合し、各層で異なる位置に接合部を設けることができる。この場合は、実施例２または３同様に強度、柔軟性を向上させることができる。

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、実施可能である。

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、接合部を設けるため、鉄心を組み立てる作業の際に、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。

さらに、突き合わせし接合したアモルファス薄帯の接合部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。

また、３相３脚の変圧器について説明したが、単相変圧器や、３相５脚のいわゆる外鉄形鉄心を有する変圧器にも適用可能である。

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を向上させることができ、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。

１１ａ…第１のアモルファス薄帯
１１ｂ…第２のアモルファス薄帯
２０ａ…第１層
２０ｂ…第２層
３０ｎ…第ｎ層
２１、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ…接合部
３０…組立体
３０ａ…外鉄心
３０ｂ、３０ｃ…内鉄心
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…コイル
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…溶接痕

Claims (9)

1. 巻鉄心と、前記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、
   前記巻鉄心は、該巻鉄心の幅方向にアモルファス薄帯が２以上並べられており、
   前記アモルファス薄帯のうち第１のアモルファス薄帯は、前記第１のアモルファス薄帯の厚みよりも小さい厚みを有する接合部を介して、第２のアモルファス薄帯に突き合わせられるように、前記第２のアモルファス薄帯と溶接により接合され、前記接合部が前記第１のアモルファス薄帯と前記第２のアモルファス薄帯との間に設けられ、
   前記接合部の中央に空隙が生じた場合に、前記接合部の外縁同士が接続されることによって、前記第１のアモルファス薄帯と前記第２のアモルファス薄帯とが接続され、
   前記接合部に結晶化された領域を有し、当該結晶化された領域は、前記接合部の中央部よりも前記接合部の両端側の溶着部に多く設けられ、
   前記接合部は、磁気回路の磁束の流れに対して小さな断面積で接合していること
   を特徴とする変圧器。
2. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第１のアモルファス薄帯の厚みより前記第１のアモルファス薄帯の前記溶着部の厚みの方が小さいこと
   を特徴とする変圧器。
3. 請求項２に記載の変圧器であって、
   前記溶着部の厚みより前記接合部の中央部の厚みの方が小さいこと
   を特徴とする変圧器。
4. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記巻鉄心の厚み方向の断面のうち、前記接合部を有する断面よりも前記接合部を有さない断面の方が占積率が高いこと
   を特徴とする変圧器。
5. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記接合部が所定の間隔で設けられていること
   を特徴とする変圧器。
6. 請求項１に記載の変圧器であって、
   前記第１のアモルファス薄帯と前記第２のアモルファス薄帯は異なる幅であって、
   前記接合部と、第１のアモルファス薄帯と前記第２のアモルファス薄帯が並べられた層と異なる層の接合部は異なる位置に配置されたこと
   を特徴とする変圧器。
7. 複数枚のアモルファス薄帯が並べられ接合されたアモルファス薄帯であって、
   第１のアモルファス薄帯と前記第１のアモルファス薄帯に突き合わせられて並べられた第２のアモルファス薄帯とが、前記第１のアモルファス薄帯の厚みよりも薄い接合部を介して溶接により接合され、前記接合部が前記第１のアモルファス薄帯と前記第２のアモルファス薄帯との間に設けられ、
   前記接合部の中央に空隙が生じた場合に、前記接合部の外縁同士が接続されることによって、前記第１のアモルファス薄帯と前記第２のアモルファス薄帯とが接続され、
   前記接合部に結晶化された領域を有し、当該結晶化された領域は、前記接合部の中央部よりも前記接合部の両端側の溶着部に多く設けられ、
   前記接合部は、磁気回路の磁束の流れに対して小さな断面積で接合していること
   を特徴とするアモルファス薄帯。
8. 請求項７に記載のアモルファス薄帯であって、
   前記第１のアモルファス薄帯の厚みより前記第１のアモルファス薄帯の前記溶着部の厚みの方が小さいこと
   を特徴とするアモルファス薄帯。
9. 請求項８に記載のアモルファス薄帯であって、
   前記溶着部の厚みより前記接合部の中央部の厚みの方が小さいこと
   を特徴とするアモルファス薄帯。

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