JPH04250604A - 変圧器鉄心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインバータ電源用などに
用いられる変圧器鉄心に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のエレクトロニクス技術の進歩によ
り、インバータ電源を用いた機器たとえばＵＰＳ電源や
車両用変圧器あるいは整流器用変圧器などの機器の使用
が大幅に増加している。これらインバータ電源用変圧器
や整流器用変圧器などの機器は、基本波成分は５０〜６
０Ｈｚであるが、数１００Ｈｚ〜数１０ｋＨｚ　の高調
波成分を含有するため、高調波成分に基づく機器の騒音
が問題となっている。特にＵＰＳ電源などは、近年、室
内に設置する傾向にあるため、より一層の騒音低減が要
望されている。

【０００３】従来、インバータ電源用変圧器や整流器用
変圧器などは、図６に示したように方向性けい素鋼板１
を巻回したカット形巻鉄心２または方向性けい素鋼板を
積層した積層鉄心（図示せず）を用い、コイル３と組合
せて構成されていた。

【０００４】しかしながら、方向性けい素鋼板を用いた
変圧器では、方向性けい素鋼板の磁気歪みが使用磁束密
度領域で約２×１０−６と大きく、インバータのスイッ
チング周波数による高調波によって騒音が大きくなる問
題があった。

【０００５】一方、変圧器などの誘導機器に用いられる
鉄心に従来からの３％方向性けい素鋼板にかわり、磁気
歪みの小さい、優れた磁気特性を有する６．５％けい素
鋼板を用いることが検討されている。

【０００６】この６．５％けい素鋼板は、磁気歪みがほ
ぼ零で鉄損も少なくなることが古くから知られていたが
、けい素の含有量が増すにつれて脆くなるために、圧延
による製造が困難とされていた。しかし最近になって脆
性材料の圧延技術の向上やＣＶＤ法（化学気相蒸着法）
の進歩により、この種６．５％けい素鋼板が開発される
ようになってきた。

【０００７】６．５％けい素鋼板は、磁気歪みが０．３
×１０−６程度であるため、誘導機器の騒音低減に有利
な材料であるが、高磁束密度領域のＢ−Ｈ特性が悪いた
めに商用周波数の機器では、励磁電流が増大する欠点が
ある。このため、商用周波数の機器では、従来のけい素
を３％含有する方向性けい素鋼板よりも磁束密度を下げ
て設計する必要性があり、そのぶん鉄心が大きくなって
機器の小形化，軽量化のネックとなっていた。また、焼
鈍温度を低くして６．５％けい素鋼板を製造することに
より高磁束密度領域でのＢ−Ｈ特性を改善したものもあ
るが、この場合には鉄損が増大するという問題があった
。 そこで、６．５％けい素鋼板の低磁歪の特性を活用する
ために、方向性けい素鋼板と６．５％けい素鋼板とを組
合せて鉄心を構成することが検討されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、方向性
けい素鋼板と６．５％けい素鋼板とを組合せて鉄心を構
成した場合、図２（Ａ）の透磁率−磁化力特性図に示す
ように、低周波域（例えば５０Ｈｚ）では、低磁歪材料
（６．５％けい素鋼板）の積層鉄心の透磁率と方向性け
い素鋼板の積層鉄心の透磁率との間に大きな差があり、
６．５％けい素鋼板の積層鉄心の透磁率が低いために、
方向性けい素鋼板の積層鉄心の方に大部分の磁束が流れ
て６．５％けい素鋼板の持つ優れた磁気特性を十分に生
かすことができないという問題があった。

【０００９】なお、図２（Ａ）における方向性けい素鋼
板からなる積層鉄心は、４５°切断の方向性けい素鋼板
を、その突き合わせ接合部のギャップがほぼ零となるよ
うに額縁状に突き合わせて積層したものであり、また低
磁歪材料の積層鉄心は、９０°切断の６．５％けい素鋼
板を、その突き合わせ接合部のギャップがほぼ零となる
ように突き合わせて積層したものである。

【００１０】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたもので、６．５％けい素鋼板のような低磁歪材料の
持つ優れた磁気特性を活かして低騒音に構成できる、イ
ンバータ電源用などに適した変圧器鉄心を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の変圧器鉄心は、
方向性けい素鋼板からなる積層鉄心を中央部に配置し、
その両側に例えば６．５％けい素鋼板のような低磁歪材
料からなる積層鉄心を配置した組合せ鉄心で構成すると
ともに、方向性けい素鋼板からなる積層鉄心における方
向性けい素鋼板の突き合わせ接合部の磁気抵抗を、低磁
歪材料からなる積層鉄心における低磁歪材料の突き合わ
せ接合部の磁気抵抗よりも大きくしたことを特徴とする
。

【００１２】

【作用】図２（Ｂ）は、４５°切断の方向性けい素鋼板
を、その突き合わせ接合部のギャップを広げて鉄粉入り
接着剤で固着することにより、突き合わせ接合部の磁気
抵抗を大きくした方向性けい素鋼板からなる積層鉄心と
、９０°切断の６．５％けい素鋼板を、その突き合わせ
接合部のギャップがほぼ零となるように突き合わせて積
層した低磁歪材料からなる積層鉄心の透磁率−磁化力特
性図である。

【００１３】例えばインバータ電源用変圧器では、５０
Ｈｚや６０Ｈｚの基本波に数ｋＨｚ　の高調波を含む磁
束波形であるから、図２（Ｂ）に示すように、基本波成
分（５０Ｈｚ）では、方向性けい素鋼板からなる積層鉄
心の磁気抵抗が低磁歪材料の積層鉄心のそれよりも大き
くなっていることにより、両積層鉄心の透磁率がほぼ同
じレベルになる。これにより、両積層鉄心の磁束分布が
ほぼ均一化され、低磁歪材料の積層鉄心にも方向性けい
素鋼板の積層鉄心とほぼ同程度の磁束が流れることにな
る。これに対し、高調波成分は、低磁歪材料からなる積
層鉄心の方にその大部分が流れるようになる。図３およ
び図４に低磁歪材料として６．５％けい素鋼板を用いた
積層鉄心と方向性けい素鋼板を用いた積層鉄心の鉄損お
よび励磁容量の特性比較を示す。

【００１４】この図より明らかなように周波数が５０Ｈ
ｚでは、鉄損・励磁容量とも６．５％けい素鋼板の方が
悪く、特に励磁容量は、磁束密度が１．０Ｔをこえる領
域より急激に悪化している。しかし周波数の増大に伴っ
てその特性差は小さくなり、４００Ｈｚではほぼ両鉄心
が同じ特性となり、さらに高周波になると６．５％けい
素鋼板鉄心の方が鉄損・励磁容量とも良い特性を示す。 これは６．５％けい素鋼板の固有抵抗が方向性けい素鋼
板より大きいことから、高周波になるとうず電流損が減
少し、透磁率も大きくなるためである。

【００１５】一方、騒音特性は図５に示すように、６．
５％けい素鋼板鉄心の方が方向性けい素鋼板鉄心より全
周波数領域で低くなっており、しかも周波数の増大に伴
って両鉄心の騒音値はより大きな差が生じている。

【００１６】従って本発明のように基本波成分を方向性
けい素鋼板からなる積層鉄心と低磁歪材料からなる積層
鉄心にほぼ均等に受けもたせ、高調波成分を低磁歪材料
からなる積層鉄心で受け持たせることにより、低周波域
から高調波域の広い周波数範囲にわたって磁束成分が低
磁歪材料の積層鉄心に流れやすくなり、低磁歪材料の優
れた磁気特性を活かして機器の騒音を低減することがで
きる。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例を図１（Ａ）および（Ｂ）
を参照して説明する。図１において、方向性けい素鋼板
１１ａを４５°切断して積層した額縁状の積層鉄心１１
は、積層方向の中央部に配置し、その両側に低磁歪材料
である６．５％けい素鋼板１２ａを９０°切断して積層
した積層鉄心１２をほぼ同一断面積で配置して各積層鉄
心を一体とした組合せ鉄心１０を構成する。

【００１８】この場合中央に配置した方向性けい素鋼板
１１ａの積層鉄心１１は、４５°で突き合わされている
方向性けい素鋼板１１ａの接合部を、そのギャツプを広
くして磁気抵抗が大きくなるようにし、以て積層鉄心１
１全体の磁気抵抗を大きくしてある。このギャップの広
さは、接着剤を介在させて接合部を固着した場合は１〜
３ｍｍが適当である。また接着剤１３に磁性体粉として
鉄粉を混入して突き合わせて接合部の磁気抵抗値を調整
することも可能である。

【００１９】一方、６．５％けい素鋼板からなる積層鉄
心１２は、９０°で突き合わされている６．５％けい素
鋼板１２ａの接合部のギッャプをほぼ零として接合部の
磁気抵抗を小さくしてある。そしてこの組合せ鉄心１０
の各脚部にそれぞれコイル（図示せず）が巻回されて変
圧器が構成される。

【００２０】このような構成の変圧器鉄心では、方向性
けい素鋼板１１ａによる積層鉄心１１と、６．５％けい
素鋼板１２ａによる積層鉄心１２とからなる組合せ鉄心
１０で構成しているため、それぞれの積層鉄心１１，１
２の磁束分布は、各々の材料における透磁率の周波数特
性に対応して変化する。

【００２１】表１は、方向性けい素鋼板からなる積層鉄
心を中央部に配置し、その両側に６．５％けい素鋼板か
らなる積層鉄心を配置した組合せ鉄心で、４５°切断の
方向性けい素鋼板の突き合わせ接合部のギャップをほぼ
零とした組合せ鉄心（１）と、上記と同様の組合わせ鉄
心であるが、４５°切断の方向性けい素鋼板の突き合わ
せ接合部のギャップを２ｍｍとしてその接合部を鉄粉入
り接着剤により固着した組合せ鉄心（２）の磁束分布比
率を示している。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表１から明らかなように、方向性けい
素鋼板の接合部を広くして鉄粉入り接着剤で固着した積
層鉄心を有する組合せ鉄心（２）においては、磁気抵抗
の小さい積層鉄心を用いた組合せ鉄心（１）に比較して
、６．５％けい素鋼板の積層鉄心の方の磁束密度が高く
なっていることがわかる。これは方向性けい素鋼板から
なる積層鉄心の接合部のギャップが大きいことにより、
その接合部の磁気抵抗、ひいては積層鉄心全体の磁気回
路の磁気抵抗が増大し、磁束が低磁歪材料の６．５％け
い素鋼板からなる積層鉄心の方に流れやすくなったから
である。従って組合せ鉄心（２）においては、６．５％
けい素鋼板の磁束密度が増大することになり、方向性け
い素鋼板１１ａの磁気歪み（約１．５×１０−６）より
も非常に小さい磁気歪み（０．３×１０−６程度）を有
する６．５％けい素鋼板の磁気特性を活かして大幅に騒
音を低減できるようになる。

【００２４】表２は、上記の組合せ鉄心（１），（２）
、６．５％けい素鋼板のみで構成した積層鉄心、及び方
向性けい素鋼板のみで構成した積層鉄心を用いたインバ
ータ電源用変圧器の騒音特性を示す。励磁周波数は、ス
イッチング周波数１．５ｋＨｚのＰＷＭインバータ波形
、動作磁束密度は、１．５Ｔである。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２より方向性けい素鋼板からなる積層鉄
心の接合部のギャップを広くして鉄粉入り接着剤で固着
した積層鉄心を有する組合せ鉄心（２）では、接合部の
ギャップがほぼ零で鉄粉入り接着剤で固着していない積
層鉄心を有する組合せ鉄心（１）に比べ、騒音が２ｄＢ
低減していることがわかる。また方向性けい素鋼板のみ
の場合に比較して１０ｄｂ低減しており、更に６．５％
けい素鋼板のみの場合に比較してもほとんど差がなく、
６．５％けい素鋼板の低磁歪特性が有効に発揮されてい
ることがわかる。

【００２７】なお、上記実施例においては、突き合わせ
接合部を接着剤１３で固着したことによって、接合部近
傍での磁束の乱れによる鋼板の振動によるビビリ音を低
減している効果もある。

【００２８】また６．５％けい素鋼板１２ａの積層鉄心
１２を、方向性けい素鋼板１１ａの積層鉄心１１の両側
に配置しており、騒音発生の放射面の大きい鉄心積層方
向両側に磁気歪みの小さい６．５％けい素鋼板１２ａの
積層鉄心１２が配置されることにより、騒音低減効果が
より大きく得られている。

【００２９】このように方向性けい素鋼板１１ａの積層
鉄心１１と６．５％けい素鋼板１２ａの積層鉄心１２の
組合せ鉄心１０とし、さらに方向性けい素鋼板からなる
積層鉄心の方向性けい素鋼板の突き合わせ接合部の磁気
抵抗を６．５％けい素鋼板からなる積層鉄心の突き合わ
せ接合部の磁気抵抗よりも大きくした組合せ鉄心１０を
用いることによって、磁気特性の悪化を軽減し、騒音の
非常に小さいインバータ電源用変圧器を得ることができ
る。

【００３０】なお、上記実施例では、突き合わせ接合部
のギャップ長を接着剤で保持する場合について説明した
が、これに限らず方向性けい素鋼板の突き合わせ端部に
樹脂を付着させ、その樹脂をスペーサとして接合部に介
在させるようにしても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による変圧
器鉄心によれば、基本波成分においては、低磁歪材料の
積層鉄心にも方向性けい素鋼板の積層鉄心とほぼ同程度
の磁束が流れ、一方、高調波成分は、低磁歪材料からな
る積層鉄心に大部分の磁束が流れるようになるので、低
周波領域から高調波成分まで広い周波数範囲にわたって
低磁歪材料の積層鉄心に磁束成分が流れやすくなり、低
磁歪材料の低騒音特性を活かして機器の騒音を低減でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の変圧器鉄心を示
す分解斜視図及び組立斜視図である。

【図２】（Ａ）は、６．５％けい素鋼板及び方向性けい
素鋼板を用いた積層鉄心の透磁率−磁化力特性図、（Ｂ
）は、６．５％けい素鋼板及び方向性けい素鋼板を用い
、方向性けい素鋼板の接合部を鉄粉入り接着剤で固着し
た積層鉄心の透磁率−磁化力特性図である。

【図３】６．５％けい素鋼板及び方向性けい素鋼板を用
いた積層鉄心の鉄損特性図である。

【図４】６．５％けい素鋼板及び方向性けい素鋼板を用
いた積層鉄心の励磁容量特性図である。

【図５】６．５％けい素鋼板及び方向性けい素鋼板を用
いた積層鉄心の騒音特性図である。

【図６】従来のインバータ電源用変圧器を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

１０は組合せ鉄心、１１は額縁状の積層鉄心、１１ａは
方向性けい素鋼板、１２は積層鉄心、１２ａは６．５％
けい素鋼板（低磁歪材料）、１３は鉄粉入り接着剤であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　方向性けい素鋼板からなる積層鉄心を
   中央部に配置し、その両側に上記方向性けい素鋼板より
   低磁歪の材料からなる積層鉄心を配置して組合せ鉄心を
   構成するとともに、方向性けい素鋼板からなる積層鉄心
   における方向性けい素鋼板の突き合わせ接合部の磁気抵
   抗を低磁歪材料からなる積層鉄心における低磁歪材料の
   突き合わせ接合部の磁気抵抗よりも大きく構成したこと
   を特徴とする変圧器鉄心。