JPH0123932B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鉄損失の少ないアモルフアス磁性
材料のような磁性薄帯を積層した三脚形鉄心の製
造方法および製造装置に関する。

従来、この種の電磁誘導機器用の三脚形鉄心と
して、例えば第１図及び第２図に示すものがあつ
た。図において、１〜３，１１〜１３は脚鉄であ
つて１及び２，１１及び１２は外側脚鉄、３及び
１３は中央脚鉄である。又、４〜７，１４〜１７
は継鉄であつて４及び５，１４及び１５は上継
鉄、６及び７，１６及び１７は下継鉄である。こ
れらの外側及び中央脚鉄１，２，３及び１１，１
２，１３、継鉄４〜７及び１４〜１７は電気鉄板
により製作されると共に、その圧延方向と磁化方
向が一致するように積層して形成される。

尚、第１図及び第２図において、実線は上層の
鉄心素片を示し、点線はその次の層の鉄心素片で
あつて、上層の鉄心素片と異なつた部分を示す。

これらの電気鉄板としては、一般に、一方向性
けい素鋼板が使用されるが、一方向に磁気異方性
を持たせているために電磁誘導機器鉄心とした場
合、鉄損失のビルデイングフアクターが極度に悪
くなるという欠点がある。これは、電磁誘導機器
鉄心とした場合、圧延方向と磁化方向が一致しな
い部分、すなわち外側脚鉄と継鉄との接続部（コ
ーナ部）及び三相三脚の電磁誘導機器鉄心の場合
の中央脚鉄と継鉄との接続部（Ｔ接合部）が存在
するからである。これらの部分では、磁束が圧延
方向からずれて曲ると共に、三相励磁の場合、回
転磁束が発生する。

第３図は第１図の三相の電磁誘導機器鉄心のＴ
接合部に発生する磁束を有限要素法で解析した結
果であるが、通常の交番磁束８の他に、回転磁束
９が発生している。第４図は第２図の電磁誘導機
器鉄心のＴ接合部に発生する磁束を、同様に有限
要素法で解析した結果であるが、通常の交番磁束
８の他に回転磁束９が発生している。しかし、第
１図の鉄心と比較すれば回転磁束の発生は少な
い。これは、Ｔ接合部において、第２図の鉄心は
第１図の鉄心より中央脚鉄鉄心素片の占める割合
が少ないことに起因する。第５図と第６図は、そ
れぞれ第１図の鉄心と第２図の鉄心の中央脚鉄が
最大励磁されている時点の磁束分布を有限要素法
で解析した結果である。図において、１０は等ベ
クトルポテンシヤル線である。第５図の場合は、
継鉄４，５のかなり上部まで等ベクトルポテンシ
ヤル線１０が分布しているのに対して、第６図の
場合は継鉄１４，１５の下半分にしか等ベクトル
ポテンシヤル線１０が分布していない。これは第
５図の場合、Ｔ接合部において継鉄鉄心素片の圧
延方向に対して圧延方向が直角となる中央脚鉄鉄
心素片の占める割合が大きいからで、磁束が中央
脚鉄の透磁率の低い圧延方向にそつて分布しよう
とする傾向があるからである。このために、第１
図の場合、三相励磁すると回転磁束の発生が多く
なる。第２図の場合、三相励磁すると回転磁束の
発生は少ないが、この結果として磁束波形が歪
む。従つて、回転磁束による鉄損失の増加は少な
いが、逆に磁束波形の歪による鉄損失が増加す
る。

このように、一方向性けい素鋼板を用いた従来
の電磁誘導機器鉄心は、電気鉄板製造工程中に付
与された一方向だけに磁気異方性があるために電
磁誘導機器鉄心とした場合、鉄損失が増加すると
いう欠点があつた。

本願各発明は、それぞれ上記欠点を解決するた
めになされたもので、アモルフアス磁性部材から
なる三脚形鉄心に、第１の発明は中央脚鉄での磁
化の方向が逆になるように各外側脚鉄に、第２の
発明では中央脚鉄に、それぞれ励磁巻線を配置
し、この励磁巻線に電流を流しながら所定の温度
で焼鈍することにより、実際の運転状態に近い磁
気異方性を付与でき、磁気特性を向上させること
ができる三相用、単相用の三脚形鉄心の製造方法
を提供する。また、第３の発明は、アモルフアス
磁性部材からなる三脚形鉄心を載置する定盤に設
けられた複数の第１の導体と、異なる第１の導体
の両端の接続部相互を電気的に接続する第２の導
体とにより、脚鉄に対する励磁巻線を形成するこ
とにより、アモルフアス磁性部材からなる三脚形
鉄心製造時の磁場中焼鈍の作業が容易に行える三
脚形鉄心の製造装置を提供する。

一般にアモルフアス磁性材料は、所定の直流磁
場をかけながら所定の温度で焼鈍すると、直流磁
場の方向に磁気異方性が付与できるという性質が
ある。この性質を利用すれば、電磁誘導機器用の
鉄心としての磁束分布を考慮した最適な磁気異方
性を付与することができる。

以下、第１の発明の実施例を図について説明す
る。第７図は薄帯状のアモルフアス磁性材料のよ
うなアモルフアス磁性部材を積層して形成した三
相の電磁誘導機器用の鉄心において、外側脚鉄２
１，２２に励磁巻線３０，３１を巻回した例であ
る。この励磁巻線３０，３１に直流電源３２，３
３を接続すると、第７図の実線３４に示す磁束分
布が得られ、このように励磁しながら焼鈍すると
この磁束３４の方向に応じた磁気異方性が付与さ
れる。このような磁気異方性を付与した電磁誘導
機器用の鉄心は、三相交流励磁した場合、磁気異
方性と磁化方向がほぼ同一となるため、Ｔ接合部
の磁束分布が第２図で示した電磁誘導機器用の鉄
心の磁束分布とほぼ同等となり、Ｔ接合部の回転
磁束の発生が低減し、かつコーナ部の磁束の方向
も磁気異方性と一致する。従つて、電磁誘導機器
用の鉄心の鉄損失及び励磁V_Aが低減する。尚、
このようにＴ接合部の回転磁束の発生が低減する
と、この結果として磁束波形の歪が増大する。と
ころがアモルフアス磁性材料の如き磁性部材は、
その全鉄損失に対してうず電流損失の占める割合
が少ない（一例として、米国Allied Chemical社
製Metglas 2605SCの場合、全鉄損失に対して
10％がうず電流損失）ので磁束波形の歪に対する
鉄損失の増加はほとんどない。直流磁場の強度
は、磁性部材の種類によつて異なるが一般的には
10Oe程度、焼鈍温度はアモルフアス磁性材料の
場合、結晶化温度以下でできるだけ結晶化温度に
近い値が適当と言われている。

次に、第２の発明の実施例を第８図について説
明する。単相三脚の電磁誘導機器用の鉄心の場合
は、回転磁束の発生を考慮する必要がなく、又、
Ｔ接合部を水平に分布する磁束がないため、第８
図に示すように中央脚鉄４３に励磁巻線５０を巻
回して直流磁場をかけながら焼鈍すれば良い。５
２は磁束である。尚、このようにアモルフアス磁
性材料の如き磁性部材は、磁場中焼鈍により容易
に磁場異方性が付与できるので、従来一方向性け
い素鋼板で採用していた額縁形の鉄心構造でなく
短冊形の鉄心構造が採用できるので、切断作業及
び積層作業が容易になるという特徴を有する。

次に、励磁巻線の巻回方法と焼鈍方法について
説明する。磁場中焼鈍の方法としては、一般的に
電線を電磁誘導機器鉄心に直接巻回して、直流磁
場をかけながら焼鈍するという方法がある。しか
し、この方法であれば電線を耐熱仕様にする必要
があり、又、電流容量が確保できないため大形の
鉄心を磁場中焼鈍する場合、励磁巻線の巻回数を
増加さす必要があり、励磁巻線の巻回及び取り外
し作業が困難である。

そこで、次に第３の発明について説明する。第
９図は、第３の発明の一実施例として、電磁誘導
機器鉄心の積層装置の積層用定盤６０，６１，６
２に第１の導体として銅板又は銅ブスバーなどか
ら成る導体７０ａ，７１ａ，７２ａ（半ターン分）
を固定設置した例である。積層用定盤６０，６２
は電磁誘導機器用の鉄心の相間寸法に応じて任意
に調節できる。６３，６４は継鉄の積層用定盤で
ある。導体７０ａ，７１ａ，７２ａの取り付け方
法は、例えば第１０図に示すように、耐熱性の絶
縁物７３を介して積層用定盤６０に固定される。
このように構成された各定盤６０〜６４の上に、
所定の形状に切断された磁性部材を積層して鉄心
を形成する。第１１図は三相の鉄心の例を示した
もので、鉄心を形成した後、外側脚鉄９１及び９
２を囲むよう、かつ励磁巻線のターンが形成され
るよう予め固定設置された導体７０ａ，７２ａに
第２の導体である上半分の導体７０ｂ，７２ｂを
接続する様子を示している。尚、導体７０ａ，７
０ｂ及び導体７２ａ，７２ｂでそれぞれ励磁巻線
７４，７５が構成されている。第１２図は第１１
図の励磁巻線を形成する方法の詳細を示したもの
で、導体７０ａの端部と隣接した導体７０ａの他
側の端部とを導体７０ｂを介して、例えばボルト
１００などで締付接続し、外側脚鉄９１を囲むよ
うにターンを形成する。このようにして励磁巻線
７４を形成した後、焼鈍炉（図示しない）に移送
せしめ、励磁巻線に直流電源を接続し所定の磁場
と所定の温度、所定の時間で焼鈍する。焼鈍が終
了すると所定の冷却速度で冷却した後、焼鈍炉外
に移送せしめる。

一般に、起磁力Ｈは以下の式で表わされる。

Ｈ＝IN／Ｌ （Ａ／ｍ） ここで、Ｉは電流、Ｎは励磁巻線の巻数、Ｌは
励磁巻線の軸方向の長さである。Ｌが一定とすれ
ば、Ｉが大きければ大きいほどＮは小さくてすむ
ので、本発明のように銅板又は銅ブスバーのよう
な電流容量の大きい材料で励磁巻線を形成すれば
励磁巻線の巻数を少なくすることができる。尚、
第１１図は三相の電磁誘導機器用の鉄心の場合を
示したので、中央部脚鉄の励磁巻線は図示してい
ない。単相三脚の電磁誘導機器鉄心の磁場中焼鈍
は、中央脚鉄積層用定盤６１に付帯してある励磁
巻線７１ａを使用して三相の電磁誘導機器鉄心の
場合と同様に実施する。

以上説明したように、第１及び第２の発明の三
脚形鉄心の製造方法は、アモルフアス磁性部材か
らなる三脚形鉄心に、励磁巻線を巻回して、実際
の運転状態に近い磁場を印加するように励磁電流
を流しながら所定の温度で焼鈍することにより、
それぞれ三相用、単相用として適した磁気異方性
が付与されので、鉄損及び運転時に必要な励磁
VAが低減でき、磁気特性の優れた三相用、単相
用の三脚形鉄心を製造することができるという効
果がある。

また、第３の発明の三脚形鉄心の製造装置は、
定盤に複数個の第１の導体を設けるとともに、第
２の導体を第１の導体に接続して脚鉄を励磁する
励磁巻線を形成するようにしたので、上記効果に
加え、脚鉄への励磁巻線の巻回が容易になり、ま
た定盤に三脚形鉄心を載置したまま焼鈍炉へ移送
することにより、アモルフアスの三脚形鉄心製造
時の磁場中焼鈍の作業が容易に行えるなどの効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁誘導機器用の鉄心の一例を
示す平面図、第２図は従来の鉄心の他の例を示す
平面図、第３図は第１図のＴ接合部の磁束を示す
説明図、第４図は第２図の鉄心のＴ接合部の磁束
を示す説明図、第５図は第１図の鉄心の中央脚鉄
が最大励磁されている時点の磁束分布を示す説明
図、第６図は第２図の鉄心の中央脚鉄が最大励磁
されている時点の磁束分布を示す説明図、第７図
は第１の発明の一実施例による三相用の三脚形鉄
心への直流磁場印加状態を示す説明図、第８図は
第２の発明の一実施例による単相用の三脚形鉄心
への直流磁場印加状態を示す説明図、第９図は第
３の発明の一実施例による三脚形鉄心の製造装置
を示す斜視図、第１０図は第９図の要部斜視図、
第１１図は第９図の製造装置に三脚形鉄心を載置
した状態を示す斜視図、第１２図は第９図の製造
装置の励磁巻線形成途中の状態を示す要部斜視図
である。 図において、２１，２２，４１，４２，９１，
９２は外側脚鉄、２３，４３，９３は中央脚鉄、
３０，３１，５０，７４，７５は励磁巻線であ
る。尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央脚鉄の両側に外側脚鉄を配置し、これら
   各脚鉄間を継鉄によつてそれぞれ磁気的に接続し
   たアモルフアス磁性部材からなる三相用の三脚形
   鉄心の製造方法において、各上記外側脚鉄にそれ
   ぞれ所定の巻数の励磁巻線を巻回した後、上記中
   央脚鉄で各上記励磁巻線による磁化の方向が逆方
   向になるように各上記励磁巻線に励磁電流を流し
   ながら、所定の温度で焼鈍することを特徴とする
   三脚形鉄心の製造方法。 ２ 中央脚鉄の両側に外側脚鉄を配置し、これら
   各脚鉄間を継鉄によつてそれぞれ磁気的に接続し
   たアモルフアス磁性部材からなる単相用の三脚形
   鉄心の製造方法において、上記中央脚鉄に励磁巻
   線を巻回し、この励磁巻線に励磁電流を流しなが
   ら、所定の温度で焼鈍することを特徴とする三脚
   形鉄心の製造方法。 ３ アモルフアス磁性部材からなる三脚形鉄心を
   載置する定盤と、上記三脚形鉄心の脚鉄の長手方
   向とそれぞれ交差するように上記定盤に設けら
   れ、かつ両端部にそれぞれ接続部を有する複数の
   第１の導体と、異なる上記第１の導体の上記接続
   部相互を電気的に接続することにより、前記脚鉄
   に対する励磁巻線を形成する複数の第２の導体と
   を備えたことを特徴とする三脚形鉄心の製造装
   置。