JPH0456441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は変圧器やリアクトルの如き巻鉄心形静
止誘導電器に係り、特に非晶質磁性金属薄帯の如
き磁性材料を用いた巻鉄心形静止誘導電器に関す
るものである。 〔発明の背景〕 一般に、溶融金属を急冷して形成する20〜30μ
ｍの非晶質磁性金属薄帯（以下金属薄帯と略称す
る）は、損失が珪素鋼板の数分の１以下と小さい
ため、変圧器など静止誘導電器の巻鉄心の磁性材
料として用いれば、鉄損を従来のものにくらべ大
幅に減少できることから、いくつかの鉄心構造が
提案されている。それらのうち、鉄心の断面と巻
線の断面をほぼ同じ長方形状にして、鉄新と巻線
間の空間をできるだけ小さくした小型軽量なラツ
プ鉄心構造が知られている。（特開昭57−35309号
公報参照）このラツプ鉄心構造を第１図に示して
おり、１は所定長さ寸法の複数枚の金属薄帯を巻
回してなる巻鉄心、２は鉄心１の脚部１Ａに装着
する巻線、鉄心１の上方の継鉄部１Ｂは所定長さ
に切断した金属薄板が互いに突合せ接合させ、し
かもその接合個所が順にずれるようにしたラツプ
部、部分３（以下ステツプラツプ部と称する）を
備えている。 巻鉄心１は、金属薄帯の複数枚を巻回して構成
されており、上部の継鉄部１Ｂにおけるステツプ
ラツプ部４では、第２図に示すように複数枚の金
属薄帯４を一つの単位として、微小なギヤツプ５
を介して互いに突き合わされており、更に各ギヤ
ツプ５が階段状になつてこれが繰返されるラツプ
接合構造とされ、第２図の例ではステツプラツプ
接合が５段となつている。（以下ステツプラツプ
段数ｎと称する）所定長さ寸法の複数板の金属薄
板の集合がギヤツプ５を介在させて突き合され、
このステツプラツプ段数ｎ＝５が１ブロツクとな
り、これが何回も繰り返され、ステツプラツプ部
３が構成される。 このようなステツプラツプ部３をもつたラツプ
鉄心構造は、次に述べるような問題がある。その
１つは、第２図に示すステツプラツプ部３では、
各単位のギヤツプ５のため、金属薄帯４を流れて
きた磁束は、矢印のようにギヤツプ５をはさむ上
下の金属薄帯４に分れて流れることから、実質的
に鉄心断面積が小さくなつてくる。また別の問題
として金属薄帯４は、現状のものは20〜35μｍ程
度と薄いから、数枚から数10枚を１単位として、
あたかも１枚の如く取扱うことが多い。このた
め、通常電力用変圧器で使われている300μｍ程
度の硅素鋼板に比較して、製作時に端部をきつち
り揃えることが難しいし、更に金属薄板４は表面
がすべり易い性質を持つていることもあつて、ギ
ヤツプ５ができ易い。このことは、ギヤツプ５部
でのわたり磁束の分布を不均一にし、鉄心の部分
飽和を生じさせるので、鉄心としての実効断面積
を一層小さくさせる。 ステツプラツプ段数ｎを順に変化させ、ステツ
プラツプ部３における鉄心の実効断面積S_Sｌと鉄
心の脚部での実効断面積S_Cとの比を破線で、また
鉄心中の平均磁束密度B_Sｌと鉄心の脚部での平
均磁束密度B_Cとの比を実線でそれぞれ第３図に
示している。ステツプラツプ段数ｎ＝５の場合、
ステツプラツプ部３での実効断面積S_Sｌは、鉄心
の脚部での実効断面積S_C値の0.8倍となり、平均
磁束密度B_Sｌは鉄心の脚部の平均磁束密度B_Cの
値の1.25倍となる。ステツプラツプ段数ｎ＝10と
極端に多くした場合でも、鉄心中の平均磁束密度
B_Sｌは1.11倍と大きくなる。 一方、非晶質磁性金属薄帯のように飽和磁束密
度が1.6T（テスラ）程度と低く、しかも通常の硅
素鋼板に比べて価格の高い材料で鉄心を構成する
場合、鉄心寸法、重量をできる限り小さくしなけ
れば経済的でない。それ故、鉄心としての使用磁
束密度B_Cはできる限り大きくしなければならな
いが、鉄心中の平均磁束密度B_Sｌが、鉄心の脚
部での平均磁束密度B_Cより大きくなるのを、で
きるだけ避けたい要望がある。第１表に鉄心の脚
部の平均磁束密度B_Cを1.30T、1.35T、1.40Tに選
定した場合に、金属薄板で形成する巻鉄心１のス
テツプラツプ部３の平均磁束密度B_Sｌが、どの
ような値となるかを示している。

〔発明の目的〕

本発明の巻鉄心形静止誘導電器の目的は、複数
枚の磁性材料を用いて構成する静止誘導電器を小
形軽量化すると共に、より低損失化を図り製作で
きるようにすることにある。 〔発明の概要〕 本発明では、所定寸法に切断した複数枚の磁性
材料を巻回して巻鉄心を形成し、この巻鉄心に巻
線を装着して巻鉄心形静止誘導電器を構成する際
に、この巻鉄心は少なくとも２つの接合方式の異
なるブロツクから形成するようになし、これらブ
ロツクは所定長さの磁性材料を一単位として突き
合せ接合し、かつ各単位は突き合せ接合部が順に
ずれるステツプラツプ接合にて形成するものと、
所定長さの磁性材料を一単位とし、かつ各単位は
それぞれ接合部を重ね接合としたものとを組合せ
るようにしたものであり、この２種の接合方式の
適切な組合せによる巻鉄心構造により、所期の目
的を達成するようにしたものである。 〔発明の実施例〕 本発明を巻鉄心形変圧器に適用した各実施例を
第５図から第８図に従来と同一部分は同符号でそ
れぞれ示している。これらの実施例のうち第５図
に示すものは、巻線２を装着する巻鉄心１は、従
来と同様に所定長さ寸法に切断した複数枚の金属
薄板４を一単位として、この複数単位を巻回して
形成し、この例における巻鉄心１での接合部分は
上方の継鉄１Ｂ部分に位置させている。この巻鉄
心１は、接合方式の異なる２つのブロツク１０，
１１から構成されており、この一方である内側の
ブロツク１１は、金属薄帯４の積層である各単位
を突き合せ接合でしかもその接合部分が順にずれ
るようにしたステツプラツプ接合方式にて形成さ
れ、他方の外側のブロツク１０は、複数枚の金属
薄帯４の積層である各単位を順に重ね接合する接
合方式にて形成されている。したがつて、巻鉄心
１の継鉄部１Ｂとしてみると、ステツプラツプ接
合方式と重ね接合方式とが共存したハイブリツト
接合部となつている。 このハイブリツト接合部をなす外側のブロツク
１０の重ね接合部は、巻鉄心１の内側から外側に
ゆくに従つて大きくしており、しかも重ね接合部
において、巻鉄心１の内側での重ね接合の寸法
L_Cは、巻鉄心１の窓内幅寸法L_Wより大きくし、
これによつて巻鉄心１の接合部分のずれをなくす
ようにしている。また内側のブロツク１１の各単
位におけるステツプラツプ接合部は、第５図では
ステツプラツプ段数ｎ＝５の構造である。 いま、巻鉄心１のステツプラツプ接合部の鉄心
厚さをT_Sl_C、重ね接合部の厚さをTl_C、巻鉄心の
脚部１Ａでの鉄心厚さをT_Cとし、説明を簡単に
するため、巻鉄心１は全て同じ幅ｗを持つ金属薄
帯４で構成されているとする。 巻鉄心１の脚部１Ａの断面積のうち、継鉄部１
Ｂで重ね接合にするブロツク１０の割合いをハイ
ブリツド比Ｐ（０＜Ｐ＜1.0）とすると、継鉄１Ｂ
のハイブリツド部での平均磁束密度B_ytは、脚部
１Ａの平均磁束密度B_C、ステツプラツプ段数ｎ、
ハイブリツド比Ｐから、次の(1)式で表わされる。 B_yt＝B_C／（１−１／ｎ＋Ｐ） ……(1) 前述したように、金属薄帯では1.4Tを越える
と、磁気特性が急激に悪くなることから、接合部
での磁束密度はせいぜい1.45T以下に設定される
から、(1)式は次の(2)式となる。 B_C／１−１／ｎ＋Ｐ≦1.45 １／ｎ−1.45−B_c／1.45≦Ｐ ……(2) 上記の(2)式より脚部の平均磁束密度B_Cをパラ
メータとして、ステツプラツプ段数ｎとハイブリ
ツド比Ｐの値の組合せが決定される。実用的な脚
部の平均磁束密度B_Cの値は1.3〜1.4T、ステツプ
ラツプ段数ｎは３〜７段であり、これらに対して
ハイブリツド比Ｐの値を示すと次の第２表に示す
ようになる。

【表】 ステツプラツプ段数ｎ＝３の場合も考えられる
が、実用的にはステツプラツプ段数ｎ＝５〜７脚
部の平均磁束密度B_C＝1.3〜1.4Tの範囲であり、
この時のハイブリツド比Ｐの値すなわち重ね接合
構造による割合いは５％（Ｐ＝0.05）程度より大
きくすれば十分で、かつ上限で20％程度でよいこ
とになる。この時、ハイブリツド部分での継的１
Ｂの厚さT_ytは、下記の(3)式で表わされる。 T_yt＝Tl_C＋T_Sl_C T_yt＝（１＋Ｐ）T_C ……(3) 第２表中に示すようにT_ytは巻鉄心１の脚部１
Ａの厚さT_Cの５〜20％増加だけで済むことにな
る。この値は、従来の第４図に示す巻鉄心の全て
の重ね接合構造における100％増加に比較して、
１／２０〜1/5であり、大幅な寸法低減が図れること
になる。 ハイブリツド部での平均磁束密度B_ytの上限値
を1.45Tより1.40Tとした場合は、第２表のハイ
ブリツド比Ｐの値はほぼ0.03づつ大きくなる。例
えば例１では脚部の平均磁束密度B_C＝1.30T、ス
テツプラツプ段数ｎ＝７のときハイブリツド比Ｐ
＝0.07、例２では脚部の平均磁束密度B_C＝1.40、
ステツプラツプ段数ｎ＝５のときハイブリツド比
Ｐ＝0.20となる。この時でも継鉄１Ｂの厚さT_yt
は、ほぼ脚部１Ａでの値の７％〜20％程度の増加
に収まつている。 すなわち、巻鉄心１に第５図に示す如きハイブ
リツド接合構造を用いれば、例３のステツプラツ
プ段数ｎ＝３の場合を除き、継鉄１Ｂの接合部の
厚さを５〜20％増すだけで、継鉄１Ｂの接合部で
の磁束密度を損失、励磁容量が急激に大きくなる
直前の、かつ巻鉄心からの漏れ磁束も生じさせぬ
程度の適切な値に設定できるようになる。これ
は、全てを重ね接合構造とするものにくらべ、巻
鉄心１の全体にわたり磁束密度をほぼ同一とした
設計が可能となることを示しており、小型軽量で
かつ低損失の変圧器を得ることができることとな
る。また、金属薄帯４は一般に高価であるから、
巻鉄心の小型化は、変圧器の価格低減にも効果が
ある。更に、金属薄板を用いてステツプラツプ接
合構造の巻鉄心を構成する場合、ゆるみのためス
テツプラツプ部での各ギヤツプが大きくなりがち
で磁気特性悪化を招き、経年安定性を悪化させる
恐れがあるのに対して、本発明の巻鉄心では外側
のブロツク１０の重ね接合構造が、ステツプラツ
プ部のゆるみを防ぐ役目をするので、この欠点を
なくすことができる。また、重ね接合部での重な
り部寸法L_Cが、巻鉄心の案内幅L_Wより大きくし
たり、重ね接合の寸法を巻鉄心の内側より外側の
単位にゆくにつれて順に大きくすれば、重ね接合
部分のギヤツプ７の長さを、全て同一の重ね接合
にする場合より著るしく小さくする効果がある。
その結果、曲げ応力による歪をうけにくくなり、
低損失化、低励磁容量化が更に可能になると共
に、製作にともなう磁気特性劣化、並びに運転に
ともなう経年劣化の要因を少なくするため、信頼
度の高い変圧器を得ることができる利点がある。 上記においては巻鉄心幅を同一として説明した
が、本発明では巻鉄心の内側、中央、外側におい
てその幅が異なる場合でもステツプラツプ接合の
ブロツクと重ね接合のブロツクの構成比率を多少
変化させるだけで同様の効果を達成することがで
きる。 本発明の他の実施例である第６図に示すもの
は、巻鉄心１を外側、中央、内側の３つのブロツ
ク１０，１１，１２から構成するようにしたもの
で、外側ばかりでなく内側の両ブロツク１０，１
２の各単位を重ね接合として、中央のステツプラ
ツプ接合のブロツク１１を双方で挾持する構造と
したものであり、このような構造とすれば上述の
効果を達成できるばかりか、ステツプラツプ接合
部分のゆるみによるギヤツプ５のずれが生じにく
くなるから、巻鉄心の磁気特性がより安定するよ
うになる効果がある。 巻鉄心を構成する接合方式の異なるブロツクの
数は、巻鉄心の磁気特性及び製作のし易さなどを
考慮して適切に選定する。 本発明の変形例である第７図及び第８図に示す
巻鉄心１は、第５図の例と同様に２つのブロツク
１０，１１から構成されるものであるが、ブロツ
ク１１のステツプラツプ接合部のギヤツプ５の位
置、或いは個数を内側より外側にゆくに従がつ
て、変化させたものである。ブロツク１１のステ
ツプラツプ接合部を、第７図のようにギヤツプ５
の数は同一でもその位置を変化させると、ステツ
プラツプ接合構造の短所である巻鉄心の実効断面
積を大きくとることができる。従つて、第２表に
示した重ね接合部のハイブリツド比Ｐを更に小さ
くでき、巻鉄心１をより小型軽量化できる。ま
た、第８図はブロツク１１のステツプラツプ接合
によるギヤツプ５の数を、内側では少ない４個
所、外側に行くに従がい５個所、６個所と増した
もので、この場合においても第７図の実施例と同
じような効果を達成できる。 上述した巻鉄心の鉄心材料としては、非晶質磁
性金属薄帯を主体に説明してきたが、溶湯急冷法
により作られる５〜6.5％硅素含有の高硅素鋼板
なども、ほぼ非晶質磁性金属薄帯と同じ特性を持
つているので、この１枚以上を１単位として巻回
形成する巻鉄心にしても同様に適用できるし、ま
た通常の硅素鋼板に適用してこの１枚以上を１単
位として巻回形成するようにしても、その特性を
より発揮させ得る。 〔発明の効果］ 本発明のように巻鉄心形静止誘導電器を構成す
れば、非晶質磁性金属体を重ね合わせ部の重ね合
わせの範囲を大きくしたので、巻鉄心の全体にわ
たり磁束密度はほぼ同一にできるから、小型軽量
でしかも低損失の巻鉄心形静止誘導電器を製作す
ることができると共に、前述した重ね合わせ部の
構成により、作業時のずれ防止が可能となり、作
業効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の巻鉄心形変圧器を示す概略正面
図、第２図は第１図の要部拡大図、第３図は巻鉄
心のステツプラツプ段数と磁束密度及び断面積と
の関係図、第４図は従来の別の巻鉄心形変圧器を
示す概略正面図、第５図から第８図はそれぞれ本
発明を適用した巻鉄心形変圧器の異なる例を示す
要部拡大図である。 １……巻鉄心、１Ａ……脚部、１Ｂ……継鉄
部、２……巻線、３……ステツプラツプ部、４…
…非晶質磁性金属薄帯、５……ギヤツプ、６……
重ね接合部、１０，１１，１２……ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定長さ寸法に切断した複数枚の非晶質磁性
   金属体を巻回して巻鉄心を形成し、前記巻鉄心に
   巻線を装着するものにおいて、前記巻鉄心はそれ
   ぞれ複数枚の非晶質磁性金属体を巻回して形成す
   る少なくとも２つの接合方式の異なるブロツクに
   区分し、前記ブロツクは所定長さ寸法の非晶質磁
   性金属体を一単位として突き合わせ接合し、かつ
   各単位の突き合せ接合部が順にずれるステツプラ
   ツプ接合にて形成するものと、前記ステツプラツ
   プ接合部の外側において所定長さ寸法の非晶質磁
   性金属体を一単位として各単位をそれぞれ重ね接
   合にて形成したものから構成し、重ね接合にて形
   成するブロツクは、その各単位の重ね接合寸法を
   内側から外側に行くに従い順に大きくしたことを
   特徴とする巻鉄心形静止誘導電器。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記巻鉄心
   は接合方式の異なる内側及び外側の２つのブロツ
   クから成り、外側に位置するブロツクを重ね接合
   にて形成したことを特徴とする巻鉄心形静止誘導
   電器。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記巻鉄心
   は内側、中央及び外側の３つのブロツクから成
   り、内側及び外側に位置するブロツクを重ね接合
   にて形成したことを特徴とする巻鉄心形静止誘導
   電器。 ４ 特許請求の範囲第１項において、ステツプラ
   ツプ接合にて形成するブロツクは、所定のステツ
   プ枚数を繰返す複数の単位から形成したことを特
   徴とする巻鉄心形静止誘導電器。 ５ 特許請求の範囲第１項において、ステツプラ
   ツプ接合にて形成するブロツクは、内側から外側
   に行くに従いそのステツプラツプ枚数を増加させ
   たことを特徴とする巻鉄心形静止誘導電器。 ６ 特許請求の範囲第１項又は第４項において、
   ステツプラツプ接合にて形成するブロツクは、そ
   のステツプラツプ接合部を末広状に配置したこと
   を特徴とする巻鉄心形静止誘導電器。