JPWO2020071512A1

JPWO2020071512A1 - 巻鉄心及び変圧器

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Publication number: JPWO2020071512A1
Application number: JP2020551088A
Authority: JP
Inventors: 茂木　尚; 尚茂木; 崇人水村; 史明高橋; 輝幸玉木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2039-10-03
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Abstract

本発明は、鉄損が低減された、巻鉄心及び変圧器を提供する。
本発明に係る巻鉄心は、第１の電磁鋼板が巻かれて形成され、側面から見て環状であって、側面から見て１以上の屈曲部を有するコア部材と、第２の電磁鋼板が積層された１以上の積層体と、を備え、前記積層体は、前記コア部材の前記屈曲面における前記第１の電磁鋼板の側面で形成される面の少なくとも一方に、前記第２の電磁鋼板の側面で形成される面が沿うように配置されている。

Description

本発明は、巻鉄心及び変圧器に関する。

巻鉄心は、変圧器（トランス）、リアクトル、またはノイズフィルタ等の磁心として用いられている。変圧器においては、従来、高効率化の観点から、低鉄損化が重要な課題の一つとなっており、様々な観点から低鉄損化の検討が行われている。

例えば、特許文献１には、電磁鋼板の積層体からなり、接合部を有する矩形環状の巻鉄心と、巻鉄心の柱状部の少なくとも１つに巻回する巻線と、接合部を有する柱状部を電磁鋼板の積層方向に加圧する加圧部材と、巻鉄心の少なくとも一つの柱状部に周方向の張力を付与する張力付与部材と、を備えるトランスが開示されている。

また、例えば、特許文献２には、側面視環状の複数の方向性電磁鋼板が板厚方向に積層された巻厚４０ｍｍ以上の巻鉄心であり、内面側に配置された内側鉄心と、内側鉄心の外面側に配置された外側鉄心とからなり、内側鉄心の巻厚が、所定の寸法であり、方向性電磁鋼板のうち内側鉄心を形成している方向性電磁鋼板は、双晶を含む金属組織で形成された側面視曲線状の複数の折曲部を有し、外側鉄心は、内側鉄心よりも前記方向性電磁鋼板の占積率が高いことを特徴とする巻鉄心が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、薄板状磁性材料が、略台形状、略不等辺四辺形状、略五角形状等に電磁鋼板を切り出してなり、これらの薄板状磁性材料を上下、左右方向の成す平面上に配列し、厚さ方向の面を相互に衝合することにより、積層鉄心の一層が構成されることが開示されている。そして、特許文献３には、衝合箇所に、ある程度の幅を有するギャップが形成され、ギャップの前面を覆うように、パッチ状磁性材料が固着された構成が開示されている。

また、例えば、特許文献４には、固定鉄心と可動鉄心とからなる分離式トランスにおいて、漏れ磁束を防止するために、固定鉄心と可動鉄心との接合部の周りに押さえ板を密着させた構成が開示されている。

特開２０１８−３２７０３号公報特開２０１７−１５７８０６号公報特開２０１７−２２１８９号公報特開２００５−３８９８７号公報

しかしながら、鉄損は低いほど好ましく、特許文献１、特許文献２に記載されているような従来の巻鉄心には未だ改善の余地がある。一方、特許文献３、特許文献４に記載された技術では、鉄心の接合箇所に板状の部材を張り付けることで、磁束の漏れを防止している。しかし、このような手法では、板状の部材において渦電流損が発生するため、鉄損を抑制することができない問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、鉄損が低減された、巻鉄心及び変圧器を提供することにある。

上記課題の解決のため、本発明者らは、鋭意検討し、巻鉄心における屈曲した部分に起因した鉄損に着目した。すなわち、屈曲した部分においては、透磁率が低下して鉄損が増大する。また、これらの部分では、漏れ磁束が発生し、この漏れ磁束によって生じた渦電流により、鉄損が増大する。本発明者らは、このような屈曲した部分についての鉄損の抑制を目的として、巻鉄心における曲げ部分や折れ部分の側面に新たな磁路を設けることで、漏れ磁束を抑制し、かつ、磁路以外の部分に発生する渦電流を抑制することで、鉄損が低減することを見出し、さらに検討した結果、本発明に至った。

上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）第１の電磁鋼板が巻かれて形成され、側面から見て環状であって、側面から見て１以上の屈曲部を有するコア部材と、
第２の電磁鋼板が積層された１以上の積層体と、
を備え、
前記積層体は、前記コア部材の前記屈曲部における前記第１の電磁鋼板の側面で形成される面の少なくとも一方に、前記第２の電磁鋼板の側面で形成される面が沿うように配置されている、巻鉄心。
（２）前記積層体の前記第２の電磁鋼板の積層面の方向は、前記コア部材の前記第１の電磁鋼板の積層面の方向に沿っている、（１）に記載の巻鉄心。
（３）前記コア部材を前記第１の電磁鋼板の面に沿う方向から見た側面の少なくとも一方において、前記屈曲部における内周部の中点と、前記屈曲部における外周部の中点と、を結ぶ直線に対する、前記第２の電磁鋼板の積層面の角度は、４５度以上９０度以下である、（１）または（２）に記載の巻鉄心。
（４）前記コア部材は、前記コア部材を側面から見たときに角部を有する、（１）〜（３）のいずれかに記載の巻鉄心。
（５）前記コア部材を側面から見たときの前記コア部材の形状は、八角形である、（１）〜（４）のいずれかに記載の巻鉄心。
（６）前記第２の電磁鋼板の厚みは、前記第１の電磁鋼板の厚みと同一、または前記第１の電磁鋼板の厚みより小さい、（１）〜（５）のいずれかに記載の巻鉄心。
（７）前記第１の電磁鋼板の厚みをＴ_１、前記第２の電磁鋼板の厚みをＴ_２とした時、Ｔ_２／Ｔ_１の比が０．５以上１．０以下である、（６）に記載の巻鉄心。
（８）前記第２の電磁鋼板は、互いに絶縁されている、（１）〜（７）のいずれかに記載の巻鉄心。
（９）第１の電磁鋼板が巻き回されて形成され、側面から見て環状であって、側面から見て１以上の屈曲部を有するコア部材と、
第２の電磁鋼板が積層された１以上の積層体と、
を備え、
前記積層体は、前記コア部材の前記屈曲部における前記第１の電磁鋼板の側面で形成される面の少なくとも一方に、前記第２の電磁鋼板の側面で形成される面が沿うように配置されている、変圧器。

本発明によれば、鉄損が低減された、巻鉄心及び変圧器を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る巻鉄心の一例を示す斜視図である。図１に示す巻鉄心が備えるコア部材を電磁鋼板の側面側からみた平面図である。図１に示す巻鉄心が備えるコア部材及び積層体の配置の一例を説明するための、コア部材の側面の一部を示す部分拡大平面図である。図１に示す巻鉄心が備える積層体の配置を説明するための説明図である。図１に示す巻鉄心が備える積層体の取付け方法の一例を示す分解斜視図である。同実施形態に係るコア部材における屈曲部の別の一例を説明するための、コア部材の側面の一部を示す拡大平面図である。同実施形態に係るコア部材における屈曲部の別の一例を説明するための、コア部材の側面の一部を示す拡大平面図である。積層体を設けていない場合に、コア部材を磁束が通る様子を示す模式図である。図８に対して、歪領域を覆うように積層体を配置した状態を示す模式図である。図９に示す一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す図であって、一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を磁束が通る様子を示す模式図である。図３に示した矩形状の積層体の辺部側の領域を、角部よりも外側の位置でカットした例を示す模式図である。積層体を構成する第２の電磁鋼板を円弧状にした例を示す模式図である。第１の電磁鋼板の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１と、コア部材の鉄損との関係を示す特性図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、図中の各構成要素の比率、寸法は、実際の各構成要素の比率、寸法を表すものではない。

＜１．巻鉄心及び変圧器＞
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係る巻鉄心及び変圧器について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る巻鉄心の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す巻鉄心が備えるコア部材を電磁鋼板の側面側からみた平面図である。図３は、図１に示す巻鉄心が備えるコア部材及び積層体の配置の一例を説明するための、コア部材の側面の一部を示す部分拡大平面図である。図４は、図１に示す巻鉄心が備える積層体の配置を説明するための説明図である。

本実施形態に係る巻鉄心１は、第１の電磁鋼板２０が巻き回されて形成され、側面から見て環状であって、側面から見て１以上の屈曲部２２を有するコア部材２と、第２の電磁鋼板３０が積層された１以上の積層体３と、を備え、積層体３は、コア部材２における第１の電磁鋼板２０の側面の少なくとも一方に、積層体３における第２の電磁鋼板３０の側面で形成される面が屈曲部２２における第１の電磁鋼板２０の側面で形成される面に沿うように配置されている。巻鉄心１は、図２に示すように、全体として、八角形に成形されている。本実施形態おいて、巻鉄心１は、コア部材２、積層体３、及び治具４を備える。

図２に示すように、コア部材２は、帯状の第１の電磁鋼板２０が巻き回されて形成された巻回体であり、１以上の屈曲部２２を有する。具体的には、コア部材２は、第１の電磁鋼板２０の側面が最内周において４つの隅部２３を形成するように折り曲げられて方形状をなし、その外周の第１の電磁鋼板２０は、最内周の第１の電磁鋼板２０の隅部２３において折り曲げられ、２つの角部２４が形成されるように巻き回されている。この結果、コア部材２は、第１の電磁鋼板２０の側面側から見たときに、その外周に８つの角部２４を有する八角形をなし、一方で、内周に４つの隅部２３を有する方形をなす。そして、コア部材２は、最内周の第１の電磁鋼板２０の直線部分に沿った直線状の辺部２１と、最内周の隅部２３と当該隅部２３の外周側に形成される２つの角部２４とを有する４つの屈曲部２２と、で構成される。

第１の電磁鋼板２０の厚みは、例えば、０．２０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下とすることができる。厚みの薄い電磁鋼板を第１の電磁鋼板２０として用いることで、第１の電磁鋼板２０の板厚面内において渦電流が生じ難くなり、鉄損のうちの渦電流損を低減することが可能となる。その結果、巻鉄心１の鉄損をより低減することが可能となる。第１の電磁鋼板２０の厚みは、好ましくは、０．１８ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、０．１８ｍｍ以上０．２７ｍｍ以下である。

第１の電磁鋼板２０には、例えば、既存の方向性電磁鋼板または既存の無方向性電磁鋼板を使用することができる。好ましくは、第１の電磁鋼板２０は、方向性電磁鋼板である。方向性電磁鋼板をコア部材に使用することで、鉄損のうちのヒステリシス損を低減することが可能となり、巻鉄心１の鉄損をより低減することが可能となる。

巻き回されて層をなす第１の電磁鋼板２０同士の間は、絶縁されていることが好ましい。例えば、第１の電磁鋼板２０の表面は、絶縁処理が施されていることが好ましい。第１の電磁鋼板２０の層間が絶縁していることで、第１の電磁鋼板２０の板厚面内において渦電流が生じ難くなり、渦電流損を低減することが可能となる。その結果、巻鉄心１の鉄損をより低減することが可能となる。例えば、第１の電磁鋼板２０の表面は、コロイダルシリカ及びリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を用いて絶縁処理が施されていることが好ましい。

積層体３は、複数の板状の第２の電磁鋼板３０が積層されて形成される。積層体３は、屈曲部２２の側面の少なくとも一方の面に、積層体３の第２の電磁鋼板３０の側面が屈曲部２２の第１の電磁鋼板２０の側面に絶縁を保ちながら接触して沿うように配置されている。コア部材２を通る磁束は、屈曲部２２の第１の電磁鋼板２０が屈曲した部分から漏れやすく、第１の電磁鋼板２０が大きく屈曲する程、磁束は漏れやすい。図２に示したコア部材２では、隅部２３と角部２４とを結ぶ直線部分で第１の電磁鋼板２０が大きく屈曲するため、コア部材２を通る磁束は、かかる部分で漏れやすい。しかしながら、積層体３が、屈曲部２２の側面の少なくとも一方の面に、積層体３の第２の電磁鋼板３０の側面が屈曲部２２の第１の電磁鋼板２０の側面に沿うように配置されているため、屈曲部２２で生じる漏れ磁束は、一の辺部２１から積層体３を通った後、当該積層体３と接続された他の辺部２１を通ることが可能となる。その結果、巻鉄心１に生ずる鉄損を低減することが可能となる。特に、積層体３は、図１に示すように、屈曲部２２の両側面に配置されることで、鉄損をより一層低減することが可能となる。

積層体３とコア部材２との間は、絶縁されていることが好ましい。例えば、積層体３とコア部材２との間に、絶縁シートを配置されることが好ましい。絶縁シートの素材としては、天然ゴム、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニルまたはポリウレタン絶縁材等、各種公知の絶縁体を使用することができる。

巻鉄心１は、図４に示すように、本実施形態においては、屈曲部２２における側面内周の中点Ｍ_Ｉと、屈曲部２２における側面外周の中点Ｍ_Ｏと、を結ぶ直線Ｌに対する、積層体３における第２の電磁鋼板３０の積層面の角度θは、４５度以上９０度以下となるように配置されている。角度θが４５度以上９０度以下となることで、第２の電磁鋼板３０が屈曲部２２で生じる漏れ磁束の磁路となるため、磁路以外の部分に発生する渦電流がより一層抑制される。さらに好ましくは、積層体における電磁鋼板の積層面の角度は、７５度以上９０度以下である。

積層体３は、例えば、図３では、直線Ｌに対して、第２の電磁鋼板３０の積層面が９０度となるように配置されている。これにより、第２の電磁鋼板３０が屈曲部２２で生じる漏れ磁束の磁路となるため、磁路以外の部分に発生する渦電流が抑制される。その結果、鉄損が低減される。

第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２は、特に限定されない。しかしながら、第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２は、好ましくは、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１と同一、または第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１以下とすることができる。第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２を第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１より小さくすることで、コア部材２の屈曲部２２で生じる漏れ磁束がより一層効率よく積層体３を通るようになる。また、積層体３の第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２が、コア部材２の第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１と同じか、またはコア部材２の第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１よりも薄いことで、渦電流損が低くなり、積層体３における損失が抑えられる。これにより、漏れ磁束によって生じる渦電流損をより一層低減させることが可能となる。その結果、巻鉄心１の鉄損をより低減することが可能となる。したがって、好ましくは、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１は、１．０以下である。一方、製造可能な板厚の範囲を考慮した場合，Ｔ_２／Ｔ_１の下限は０．５程度になる。

図１３は、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１と、コア部材２の鉄損との関係を示す特性図である。図１３では、本実施形態に係る巻鉄心１を用いて２５ｋＶＡと７５ｋＶＡのトランスを製造した場合の特性を示している。図１３に示すように、２５ｋＶＡと７５ｋＶＡのトランスのいずれにおいても、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１が小さくなるほど鉄損が低下する結果が得られた。したがって、Ｔ_２／Ｔ_１の値はできるだけ小さくすることが好ましい。Ｔ_２／Ｔ_１が１．０以下になると、Ｔ_２／Ｔ_１が１．０よりも大きい場合に比べて、Ｔ_２／Ｔ_１の低下に伴って鉄損が低下する割合がより大きくなり、７５ｋＶＡのトランスではこの傾向がより顕著に表れている。したがって、上述のように、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１は、１．０以下とすることが好ましい。

また、第２の電磁鋼板３０は、第１の電磁鋼板２０と同一または異なる電磁鋼板のいずれであってもよい。具体的には、第２の電磁鋼板３０として、例えば、既存の方向性電磁鋼板または既存の無方向性電磁鋼板を使用することができる。好ましくは、第２の電磁鋼板３０は、方向性電磁鋼板である。方向性電磁鋼板を積層体３に使用することで、鉄損のうちのヒステリシス損を低減することが可能となり、その結果、巻鉄心１の鉄損をより低減することが可能となる。

第２の電磁鋼板３０同士の間は、絶縁されていることが好ましく、例えば、電磁鋼板の表面は、絶縁処理が施されることが好ましい。第２の電磁鋼板３０の積層間が絶縁されていることで、第２の電磁鋼板３０の板厚面内において渦電流がより確実に生じ難くなり、渦電流損をより一層低減することが可能となる。その結果、巻鉄心１の鉄損をより低減することが可能となる。例えば、第２の電磁鋼板３０の表面は、コロイダルシリカ及びリン酸塩を含有する絶縁コーティング液を用いて絶縁処理が施されていることが好ましい。

なお、積層体３は、必要に応じて、側面から積層体３を貫通する貫通孔を有していてもよい。この貫通孔に、治具４のボルト等の止め具が挿入されることで、積層体３は、コア部材２に固定される。

治具４は、屈曲部２２の周囲に設けられ、積層体３をコア部材２に固定する。ここで、図５を参照して、本実施形態に係る治具４の一例を説明する。図５は、図１に示す巻鉄心が備える積層体の取付け方法の一例を示す分解斜視図である。治具４は、図５に示すように、支持柱４１、固定板４２、外板４３、内板４４、ボルト４５、及びナット４６を有する。

図５に示すように、屈曲部２２の外周側及び内周側に、積層体３を支持する支持柱４１が配置される。また、屈曲部２２と積層体３とを挟むように配置された固定板４２と、コア部材２の外周側に配置される外板４３と、コア部材２の内周側に配置される内板４４と、によって、積層体３は、屈曲部２２に固定される。積層体３は、ボルト４５が挿入される貫通孔を有しており、支持柱４１及び固定板４２は、積層体３の貫通孔に対応した位置に貫通孔をそれぞれ有している。積層体３の貫通孔、支持柱４１の貫通孔及び固定板４２の貫通孔にボルト４５が挿入され、ボルト４５の先端にナット４６が締結される。外板４３及び内板４４は、板厚方向に、それぞれ対応する複数の貫通孔を有しており、ボルト４５は、これらの対応する貫通孔に挿入され、ナット４６は、ボルト４５の端部で締結される。

なお、ボルト４５には、少なくとも表面が絶縁処理されたものを使用することができ、例えば、ボルト４５には、セラミック等に例示される絶縁体を使用することができる。これにより、ボルト４５によって、コア部材２と積層体３とが導通することなく、積層体３はコア部材２の側面に固定される。

また、ボルト４５の素材は、非磁性体であるが好ましい。ボルト４５の素材を非磁性体とすることで、漏れ磁束がボルト４５に侵入して、渦電流が生じるのを防止することが可能となる。

次に、図８〜図１０に基づいて、複数の板状の第２の電磁鋼板３０が積層されてなる積層体３を設けたことによる作用を説明する。図８は、積層体３を設けていない場合に、コア部材２を磁束が通る様子を示す模式図である。

コア部材２の第１の電磁鋼板２０は角部２４の位置で屈曲し、角部２４の位置では歪が生じる。このため、図８に示すように、コア部材２には、２つの角部２４の位置に沿って、歪領域５０が形成されている。図８に示す矢印Ａ１、矢印Ａ２、矢印Ａ３は、歪領域５０を磁束が通る際に、磁束が漏れる様子を模式的に示している。また、矢印Ａ１、矢印Ａ２、矢印Ａ３の太さは、磁束の大きさを示している。図８に示すように、歪領域５０を磁束が通る際に、磁束が漏れることで、磁束の大きさが小さくなり、鉄損が発生する。

図９は、図８に対して、歪領域５０を覆うように積層体３を配置した状態を示している。また、図１０は、図９に示す一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を示す図であって、一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を磁束が通る様子を模式的に示す模式図である。図１０では、磁束の流れを矢印で示している。図１０に示すように、角部２４に対応する歪領域５０を積層体３が覆うことで、角部２４の位置では積層体３を通って磁束が通るようになる。

具体的には、図１０に示すように、磁束が角部２４を通過する際に、角部２４の位置で漏れ磁束が生じるが、漏れ磁束は、コア部材２の一の辺部２１から積層体３を通り、当該積層体３と接続された他の辺部２１を通る。つまり、角部２４の歪領域５０を磁束が通過する際に生じる漏れ磁束は、積層体３で補足（トラップ）され、積層体３を通ってコア部材２に戻される。

そして、積層体３は、複数の板状の第２の電磁鋼板３０が積層されることで形成され、好ましくは、隣接する第２の電磁鋼板３０同士は互いに絶縁されている。したがって、積層体３を磁束が通る際の渦電流損が抑制される。これにより、巻鉄心１の鉄損が低減される。なお、図１０では、コア部材２の両方の側面に積層体３を配置した例を示したが、積層体３は、コア部材２の少なくとも一方の側面に配置されていてもよい。

一方、この積層体３の代わりに、積層体３と同様の形状の一体の連続な金属板を用いると、金属板をコア部材２の側面に配置することによって、第１の電磁鋼板２０の積層面が短絡されることになり、第１の電磁鋼板２０同士の絶縁が保たれなくなる。したがって、第１の電磁鋼板２０の断面に大きな渦電流が流れ、損失（渦電流損）が増大する。仮に、金属板とコア部材２との間を絶縁したとしても、磁束は金属板の大きな断面を通るため、渦電流損は増大してしまう。

本実施形態によれば、複数の板状の第２の電磁鋼板３０が積層されることで積層体３が形成され、積層体３の第２の電磁鋼板３０同士が絶縁されることで、磁束がより小さい断面を通ることになり、渦電流損が確実に低下される。したがって、巻鉄心１の鉄損が低下される。

次に、図１１及び図１２に基づいて、積層体３の形状のバリエーションについて説明する。図３では、矩形状の積層体３を示したが、積層体３は、第１電磁鋼板２０の隅部２３を頂点とし角部２４を辺とする三角形と、その周辺部を含む領域を覆うような略Ｖ字型の形状をなしてもよい。

図１１は、図３に示した矩形状の積層体３の辺部２１側の領域を、角部２４よりも外側の位置でカットした例を示す模式図である。積層体３の２つの辺部２１側の端部は、角部２４から所定量Ｄだけオフセットされている。漏れ磁束は、角部２４よりも辺部２１側の所定量Ｄの領域で補足される。なお、所定量Ｄを大きくするほど漏れ磁束がより確実に補足されるが、積層体３の面積が増加するため、積層体３の製造コストは増加する。

また、図１２は、積層体３を構成する第２の電磁鋼板３０を円弧状にした例を示す模式図である。図１２に示す例においても、積層体３の２つの辺部２１側の端部は、角部２４から所定量Ｄだけオフセットされている。第２の電磁鋼板３０を円弧状にすることで、角部２４よりも辺部２１側の領域では、第２の電磁鋼板３０は、第１の電磁鋼板２０により沿った方向に延在することになる。換言すれば、図３、図１１に比べて、図１２の構成では、角部２４よりも辺部２１側の領域で、第２の電磁鋼板３０の方向が第１の電磁鋼板２０の方向により近づくことになる。したがって、積層体３が漏れ磁束をより確実に補足することが可能となる。

以上、本実施形態によれば、巻鉄心１に生ずる鉄損を低減することが可能となる。また、本実施形態に係る巻鉄心１により、巻鉄心１を用いて製造した変圧器の騒音を抑制することが可能となる。すなわち、積層体３が、屈曲部２２の側面の少なくとも一方の面に、積層体３の第２の電磁鋼板３０の側面が屈曲部２２の第１の電磁鋼板２０の側面に沿うように配置されているため、屈曲部２２で生じる漏れ磁束は、一の辺部２１から積層体３を通った後、当該積層体３と接続された他の辺部２１を通ることが可能となる。その結果、巻鉄心１に生ずる騒音を低減することが可能となる。

本実施形態に係る巻鉄心は、変圧器に適用可能である。本実施形態に係る変圧器は、本実施形態に係る巻鉄心と、１次巻線と、２次巻線とを備える。１次巻線に交流電圧が印加されることにより、本実施形態に係る巻鉄心に磁束が生じ、生じた磁束の変化により、２次巻線に電圧が生じる。当該巻鉄心が有する積層体は、屈曲部の側面の少なくとも一方の面に、積層体の第２の電磁鋼板の側面が屈曲部の第１の電磁鋼板の側面に沿うように配置されているため、本実施形態に係る巻鉄心に生じた磁束の巻鉄心外への漏れが抑制される。その結果、巻鉄心に生ずる鉄損を低減することが可能となり、また、変圧器の騒音を抑制することが可能となる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の一実施形態を説明した。以下では、本発明の上記実施形態の幾つかの変形例を説明する。なお、以下に説明する各変形例は、単独で本発明の上記実施形態に適用されてもよいし、組み合わせで本発明の上記実施形態に適用されてもよい。また、各変形例は、本発明の上記実施形態で説明した構成に代えて適用されてもよいし、本発明の上記実施形態で説明した構成に対して追加的に適用されてもよい。

上述した実施形態では、コア部材における側面外周が八角形の場合を説明したが、本発明は、これに限定されない。コア部材における側面外周は、多角形、角丸方形、長円形、または楕円形等とすることができる。この場合、屈曲部は、隣り合う一の辺部と他の辺部との間に位置し、一の辺部における第１の電磁鋼板及び他の辺部における第１の電磁鋼板の延在方向に対して、第１の電磁鋼板が屈曲して積層された部分である。図６及び図７を参照して、コア部材における側面外周を説明する。図６は、本実施形態に係るコア部材における屈曲部の別の一例を説明するための、コア部材の側面の一部を示す拡大平面図である。図７は、本実施形態に係るコア部材における屈曲部の別の一例を説明するための、コア部材の側面の一部を示す拡大平面図である。

例えば、図６に示す屈曲部２２Ａにおける第１の電磁鋼板２０は、一の辺部２１Ａにおける第１の電磁鋼板２０及び他の辺部２１Ａにおける第１の電磁鋼板２０の延在方向に対して、第１の電磁鋼板２０の側面側から見たときに、その外周に３つの角部２４Ａを有するように屈曲されている。この結果、コア部材２Ａは、第１の電磁鋼板２０の側面側から見たときに、その外周に１２の角部２４Ａを有する十二角形をなす。例えば、図６に示したコア部材２Ａでは、隅部２３Ａと角部２４Ａとを結ぶ直線部分で第１の電磁鋼板２０が屈曲するため、コア部材２を通る磁束は、当該部分で漏れやすい。しかしながら、本実施形態に係る積層体は、屈曲部２２Ａの側面の少なくとも一方の面に、積層体の第２の電磁鋼板３０の側面が屈曲部２２Ａの第１の電磁鋼板２０の側面に沿うように配置されている。そのため、屈曲部２２Ａで生じる漏れ磁束は、一の辺部２１Ａから本実施形態に係る積層体を通った後、当該積層体と接続された他の辺部２１Ａを通ることが可能となる。その結果、巻鉄心に生ずる鉄損を低減することが可能となる。

また、例えば、図７に示すコア部材２Ｂは、第１の電磁鋼板２０が湾曲して巻き回され、屈曲部２２Ｂが円弧状となるように形成されている。屈曲部２２Ｂは、円弧状の第１の電磁鋼板２０が積層された領域である。コア部材２Ｂを通る磁束は、屈曲部２２Ｂから漏れやすい。しかしながら、本実施形態に係る積層体は、屈曲部２２Ｂの側面の少なくとも一方の面に、積層体の第２の電磁鋼板３０の側面が屈曲部２２Ｂの第１の電磁鋼板２０の側面に沿うように配置されている。そのため、屈曲部２２Ｂで生じる漏れ磁束は、一の辺部２１Ｂから本実施形態に係る積層体を通った後、当該積層体と接続された他の辺部２１Ｂを通ることが可能となる。その結果、巻鉄心に生ずる鉄損を低減することが可能となる。

また、本実施形態では、コア部材における側面内周が四角形の場合を説明したが、本発明は、これに限定されず、コア部材における側面内周は、多角形、角丸方形、長円形、または楕円形等とすることができる。例えば、コア部材の側面内周は、側面外周の形状に応じた形状とすることができ、例えば、コア部材の側面外周が八角形の場合、側面内周を八角形とすることができ、コア部材の側面外周が角丸方形の場合、側面内周を角丸方形とすることができる。コア部材における側面内周は、コア部材の側面外周と異なる形状であってもよい。この場合においても、先立って説明したように、屈曲部は、隣り合う一の辺部と他の辺部との間に位置し、一の辺部における第１の電磁鋼板及び他の辺部における第１の電磁鋼板の延在方向に対して、第１の電磁鋼板が屈曲して積層された部分である。

また、本実施形態では、コア部材の辺部を構成する第１の電磁鋼板が直線状である場合を説明したが、コア部材の辺部を構成する第１の電磁鋼板は、直線状でなくてもよく、湾曲していてもよい。この場合、コア部材において曲率が大きい部分を屈曲部とし、曲率が小さい部分を辺部とすることができる。辺部が湾曲したコア部材の形状は、例えば、円形、または楕円形となる。

また、本実施形態では、積層体の形状が、四角形の板状である場合を説明したが、積層体の形状は、特段制限されず、屈曲部の側面の形状に応じた形状にすることができる。

また、本実施形態では、積層体が、平板上の第２の電磁鋼板が積層されたものである場合を説明したが、第２の電磁鋼板は、平板に限られず、湾曲したものであってもよい。屈曲部における第１の電磁鋼板の積層面の形状に応じて、湾曲した第２の電磁鋼板を用いて形成された積層体を屈曲部の側面に配置することができる。これにより、積層体は、屈曲部で生じる漏れ磁束をより効果的に捕捉することが可能となる。その結果、生じる鉄損をより低減することが可能となる。

また、本実施形態では、積層体が貫通孔を有する場合を説明したが、本発明は、図示の態様に限定されず、例えば、貫通孔を有しない積層体をコア部材に固定するための治具が用いられてもよいし、治具に代えて、既存の各種接着剤を使用して、積層体をコア部材の側面に接着することができる。接着剤を使用する場合は、その接着剤は、絶縁性を有するものであることが好ましい。

以下に、実施例を示しながら、本発明の実施形態について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明のあくまでも一例であって、本発明が、下記の例に限定されるものではない。

厚みが０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板を巻き回し、４隅に屈曲部を有するコア部材を作製した。このコア部材の４つの屈曲部それぞれを挟み込むように、（方向性、無方向性）電磁鋼板を積層した積層体を、積層体の積層面が、屈曲部における第１の電磁鋼板の積層面と平行となるように配置して、巻鉄心を製造し、この巻鉄心を用いてトランスを製造した。

上記の方法で、表１に示すように、２５ｋＶＡ〜７５０ｋＶＡのトランスを製造して、それぞれの鉄損と、騒音の評価として音圧を測定した。表１に、製造した各巻鉄心の容量、コア部材の形状、トランス総重量、第１の電磁鋼板２０からなるコア部材２の重量、コア寸法(縦、横、積層厚さ、幅)、鉄損、うなり音、及び第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１の値を示す。なお、トランス総重量は、ケース、巻線、コア部材２、積層体３等を含めた総重量である。比較例として、実施例と同様に厚みが０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板を巻き回して４隅に屈曲部を有するコア部材を作製し、積層体は配置せずに巻鉄心とした比較例１〜６と、積層体を配置してＴ_２／Ｔ_１を１．０以上として巻鉄心とした比較例７、８を用意した。そして、この巻鉄心を用いてトランスを製造した。

上記したように、実施例としてのトランスと、比較例としてのトランスとでは、積層体の有無の点で異なる。実施例１と比較例１とは、積層体の有無の点以外の条件は共通しており、同様に実施例２〜６は、それぞれ比較例２〜６と積層体の有無の点以外の条件は共通している。また、比較例７，８は、積層体を設けた場合に、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１を実施例と異ならせた例を示している。実施例１と比較例７とは、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１以外の条件は共通している。また、実施例６と比較例８とは、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ_１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ_２の比Ｔ_２／Ｔ_１以外の条件は共通している。なお、表１において、角丸方形とは、角部に折り曲げ部がなく、ある曲率をもって曲がっている形状であり、例えば図７に示す形状をいう。鉄損（無負荷損）、及び音圧の測定はＪＥＣ−２２００に基づいて行った。

実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１の鉄損は２８．１Ｗであり、比較例１の鉄損３０．９Ｗよりも小さくなった。また、実施例１の音圧の値は、４０．０ｄＢであり、比較例１の音圧の値４４．０ｄＢと比較して小さな値であった。同様に、実施例２〜実施例６をそれぞれ比較例２〜比較例６と比較したところ、いずれについても、実施例のトランスの方が、鉄損及び音圧の値は小さくなった。

また、実施例１と比較例７を比較すると、実施例１の鉄損は２８．１Ｗであり、比較例７の鉄損２９．８Ｗよりも小さくなった。また、実施例１の音圧の値は、４０．０ｄＢであり、比較例７の音圧の値４２．１ｄＢと比較して小さな値であった。

また、実施例６と比較例８を比較すると、実施例６の鉄損は４７．２Ｗであり、比較例８の鉄損５０．３Ｗよりも小さくなった。また、実施例６の音圧の値は、４７．２ｄＢであり、比較例８の音圧の値５０．３ｄＢと比較して小さな値であった。

以上、本発明によれば、鉄損が低減された、巻鉄心及び変圧器を提供することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１巻鉄心
２、２Ａ、２Ｂコア部材
２０第１の電磁鋼板
２１、２１Ａ、２１Ｂ辺部
２２、２２Ａ、２２Ｂ屈曲部
２３隅部
２４角部
３積層体
３０第２の電磁鋼板
４治具
４１支持柱４１
４２固定板
４３外板
４４内板
４５ボルト
４６ナット
５０歪領域

Claims

第１の電磁鋼板が巻かれて形成され、側面から見て環状であって、側面から見て１以上の屈曲部を有するコア部材と、
第２の電磁鋼板が積層された１以上の積層体と、
を備え、
前記積層体は、前記コア部材の前記屈曲部における前記第１の電磁鋼板の側面で形成される面の少なくとも一方に、前記第２の電磁鋼板の側面で形成される面が沿うように配置されている、巻鉄心。
前記積層体の前記第２の電磁鋼板の積層面の方向は、前記コア部材の前記第１の電磁鋼板の積層面の方向に沿っている、請求項１に記載の巻鉄心。
前記コア部材を前記第１の電磁鋼板の面に沿う方向から見た側面の少なくとも一方において、前記屈曲部における内周部の中点と、前記屈曲部における外周部の中点と、を結ぶ直線に対する、前記第２の電磁鋼板の積層面の角度は、４５度以上９０度以下である、請求項１又は２に記載の巻鉄心。
前記コア部材は、前記コア部材を側面から見たときに角部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻鉄心。
前記コア部材を側面から見たときの前記コア部材の形状は、八角形である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の巻鉄心。
前記第２の電磁鋼板の厚みは、前記第１の電磁鋼板の厚みと同一、または前記第１の電磁鋼板の厚みより小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の巻鉄心。
前記第１の電磁鋼板の厚みをＴ_１、前記第２の電磁鋼板の厚みをＴ_２とした時、Ｔ_２／Ｔ_１の比が０．５以上１．０以下である、請求項６に記載の巻鉄心。
前記第２の電磁鋼板は、互いに絶縁されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の巻鉄心。
前記コア部材と前記積層体は、互いに絶縁されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の巻鉄心。
第１の電磁鋼板が巻き回されて形成され、側面から見て環状であって、側面から見て１以上の屈曲部を有するコア部材と、
第２の電磁鋼板が積層された１以上の積層体と、
を備え、
前記積層体は、前記コア部材の前記屈曲部における前記第１の電磁鋼板の側面で形成される面の少なくとも一方に、前記第２の電磁鋼板の側面で形成される面が沿うように配置されている、変圧器。