TW201830424A

TW201830424A - 靜止感應電器用鐵芯

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Publication number: TW201830424A
Application number: TW107105138A
Authority: TW
Inventors: 小林千□; 西水亮; 栗田□幸; 山岸明
Original assignee: 日商日立製作所股份有限公司
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2018-08-16
Also published as: US20180233267A1; JP2018133352A; US10978237B2; TWI647719B; JP6937584B2

Abstract

本發明之課題，在於提供一種即使使用非晶系磁性薄帶與矽鋼板的鐵芯為大型化的情形下，仍毋庸置疑具備機械性強度高、磁性損耗小，且可以均等地緊束鐵芯並且保護鐵芯的靜止感應電器用鐵芯。　　其解決手段為：本發明的靜止感應電器用鐵芯，為了解決上述課題，其特徵在於具備有：配置在鐵芯內部之由非晶系磁性薄帶所形成的非晶系鐵芯、及配置在該非晶系鐵芯的側面之由矽鋼板所形成的矽鋼板鐵芯、及配置在該矽鋼板鐵芯之最外周面的抵接板、及配置在上述非晶系鐵芯與上述矽鋼板鐵芯之間所包含之上述非晶系鐵芯的周圍的非晶系鐵芯用框、以及透過上述抵接板將上述非晶系鐵芯及上述矽鋼板鐵芯予以支撐及固定的支撐框。

Description

靜止感應電器用鐵芯

[0001] 本發明是關於靜止感應電器用鐵芯，特別是有關對於變壓器或電抗器等之靜止感應電器的鐵芯，可適切地使用非晶系磁性薄帶與矽鋼板的靜止感應電器用鐵芯。

[0002] 能源消費量是與世界的經濟成長一同持續增加，從1965年至2014年的大約50年間已達到3.3倍。　　[0003] 一般，對於變壓器的鐵芯材料，雖自以往已使用損失較少而導磁率較大的矽鋼板，不過近年，由於伴隨能源消費量的增加而節約能源的需求增高，對於變壓器的鐵芯材料，以使用替代矽鋼板的鐵基非晶系合金之高效率變壓器(以下，稱為非晶系變壓器)的需求正在增高。　　[0004] 上述鐵基非晶系合金，相較於矽鋼板，由於電氣阻抗率較大，且板厚較薄為1/10，故渦流損耗較小。又，鐵基非晶系合金，因為是非晶質，所以容易磁域壁位移(domain wall displacement)，而且由於具有磁滯損失較小的特徵，因此具有變壓器無負載時常時產生的無負載損失較低的優點。活用該優點，非晶系變壓器，在作為導入於運轉負載率較低的配電網的效果較高的技術正受到矚目。　　[0005] 然而，於非晶系變壓器的鐵芯所使用的非晶系磁性薄帶，是將磁性合金的熔融體予以超急冷所製造的。並且，使用非晶系磁性薄帶來製造變壓器鐵芯時，是將切斷後的非晶系磁性薄帶以使其積層斷面成為ㄈ字型的方式予以積層，並插入捲線後，藉由以稱之為對接(butt joint)或疊接(lap joint)的方法，使左右的非晶系磁性薄帶交互地疊合，製作形成閉合磁路徑的鐵芯。又，在將捲線插入於鐵芯的作業之前，為了去除由非晶系磁性薄帶的積層作業所起因之應力的影響，故在成形捲鐵芯的狀態下加入實施磁場中退火的製程。　　[0006] 再者，用以形成鐵芯的非晶系磁性薄帶，具有上述的優點，而另一方面，具有硬且脆的性質，且由於是將厚度數十μm的薄帶以數百片積層而形成，所以並無法取得充分的機械性強度、剛性，要如矽鋼板般地自己站立是有困難的。若是小容量的變壓器(例如電線桿上變壓器)，鐵芯的腳部與軛部大小的比也較小，還能夠利用捲線的剛性等來謀求保持鐵芯的形狀，不過若是大容量的變壓器(例如電力用變壓器)，由於鐵芯的腳部相對於軛部變得較大，自重也較大，所以就會產生必須設置牢固且大型的保持構件來保持鐵芯。　　[0007] 又，在大容量的變壓器中，一般所使用之採用矽鋼板的鐵芯，其矽鋼板的厚度較厚為數百μm，容易自行站立。再者，使用抵接板進行直接支撐鐵芯等之加工亦較容易。另一方面，非晶系磁性薄帶，不僅加工困難，由於對應力敏感而使磁性損耗惡化，所以支撐方法亦必須講究。　　[0008] 例如，於專利文獻1中，記載著作為構成多相變壓器鐵芯的材料，是在內側鐵芯使用捲繞有可有效降低磁性損耗的非晶系磁性薄帶，在外側鐵芯使用捲繞或是積層有矽鋼板者，來實施為兩鐵芯的複合構造，以謀求兼顧磁性損耗的特性與鐵芯之機械性強度及剛性的提升，並以確保組裝作業時的加工性。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0009] 　　[專利文獻1] 日本特開平8-88128號公報

[發明所要解決的問題] 　　[0010] 作為克服靜止感應電器用鐵芯的機械性強度、及剛性不足之技術，於專利文獻1中，是藉由在內側鐵芯使用捲繞有可有效降低磁性損耗的非晶系磁性薄帶，在外側鐵芯使用捲繞或是積層有矽鋼板者，來實施為兩鐵芯的複合構造，以謀求兼顧磁性損耗的特性與鐵芯之機械性強度及剛性的提升。　　[0011] 然而，由於非晶系磁性薄帶在50Hz的飽和磁通密度大約1.6T，矽鋼板的飽和磁通密度大約2.0T，故為了將鐵芯內的磁通密度分布平均化，是將非晶系磁性薄帶配置在磁路徑長度較短的內側鐵芯較為有利，如此之構成為一般性構成。　　[0012] 但是，在將鐵芯大型化後之情形時，由於將非晶系磁性薄帶配置在內側鐵芯，會導致內側的非晶系鐵芯容易朝向空間部分的空窗內崩裂，而變得難以自立，造成必須要有堅固的保持構件。又，當使用堅固的保持構件時，由於保持構件的關係，亦有增加雜散損耗(stray loss)的可能性。再者，由於矽鋼板的壓縮應力會施加於非晶系磁性薄帶，故由於荷重恐有增加磁性損耗之虞。　　[0013] 本發明是有鑑於上述的缺失而研創的，其目的是在於提供一種即使使用非晶系磁性薄帶與矽鋼板的鐵芯為大型化的情形下，仍毋庸置疑具備機械性強度高、磁性損耗小，且可以均等地緊束鐵芯並且保護鐵芯的靜止感應電器用鐵芯。 [用以解決問題的手段] 　　[0014] 本發明的靜止感應電器用鐵芯，為了達成上述目的，其特徵在於具備有：配置在鐵芯內部之由非晶系磁性薄帶所形成的非晶系鐵芯、及配置在該非晶系鐵芯的側面之由矽鋼板所形成的矽鋼板鐵芯、及配置在該矽鋼板鐵芯之最外周面的抵接板、及配置在上述非晶系鐵芯與上述矽鋼板鐵芯之間所包含之上述非晶系鐵芯的周圍的非晶系鐵芯用框、以及透過上述抵接板將上述非晶系鐵芯及上述矽鋼板鐵芯予以支撐及固定的支撐框。 [發明效果] 　　[0015] 根據本發明，可以取得：即使使用非晶系磁性薄帶與矽鋼板的鐵芯為大型化的情形下，仍毋庸置疑具備機械性強度高、磁性損耗小，且可以均等地緊束鐵芯並且保護鐵芯的靜止感應電器用鐵芯。

[0017] 以下，根據圖示的實施例來說明本發明的靜止感應電器用鐵芯。又，於各實施例中，對於相同構成部件使用同一符號。 [實施例1] 　　[0018] 於第1圖及第2圖，是顯示本發明之靜止感應電器用鐵芯的實施例1。　　[0019] 如該圖所示，本實施例的靜止感應電器用鐵芯，概略由以下的構件所構成：配置在鐵芯內部之由非晶系磁性薄帶所形成的非晶系鐵芯1、及配置在該非晶系鐵芯1的兩側(兩側面)之由矽鋼板所形成的矽鋼板鐵芯2、及配置在該矽鋼板鐵芯2之最外周面的抵接板3、及配置在非晶系鐵芯1與矽鋼板鐵芯2之間所包含之非晶系鐵芯1的周圍的非晶系鐵芯用框4、以及利用緊束治具(例如螺栓)6並透過抵接板3將非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2予以緊束來進行支撐固定的支撐框5。　　[0020] 上述支撐框5，是朝向橫向方向地配置在抵接板3之外周面的上下部，朝向該上下之橫向方向所配置的支撐框5，是藉由利用緊束治具6並透過抵接板3將非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2予以緊束來進行支撐固定。又，朝向橫向方向地配置在抵接板3之外周面的上下部的支撐框5，是藉由配置在該支撐框5之上下之間的第2支撐框7所連結。　　[0021] 又，作為第1圖及第2圖之構成要素的非晶系鐵芯1，雖是將非晶系磁性薄帶捲繞成大致矩形的非晶系捲繞鐵芯，不過也可以是將長條的非晶系磁性薄帶予以積層之後，對接兩端而形成大致矩形的非晶系積層鐵芯。又，矽鋼板鐵芯2，雖是將複數片的矽鋼板積層，於角部形成階疊(step-lap)接合構造的矽鋼板積層鐵芯，不過也可以是將矽鋼板捲繞形成大致矩形的矽鋼板捲繞鐵芯。　　[0022] 又，非晶系鐵芯用框4由於是以包圍非晶系鐵芯1的磁腳之方式所構成，所以是以不鏽鋼(SUS)、鋁(Al)、木材、樹脂等之非磁性材料來構成、或者是藉由磁性體以不將磁腳圍繞一圈的方式，於磁性體的一部分中夾有樹脂等之非磁性材料來構成為佳。又，對於非晶系鐵芯用框4使用鐵等之材料的情形時，為了不使非晶系鐵芯1與非晶系鐵芯用框4直接接觸，在兩者之間以夾有光面紙(pressboard)等之絕緣物為佳。　　[0023] 抵接板3，是配合矽鋼板鐵芯2的形狀，將相當於鐵芯之窗部8的部分切下後的四角形，可以是一體形成或是分割成複數片亦可。抵接板3的材料，可以是以鐵構成，也可以是以不鏽鋼(SUS)、鋁(Al)、木材、樹脂等之非磁性材料來構成。以鐵構成抵接板3之情形時，由於藉由在抵接板3開設狹縫可以減輕因磁通交鏈所引起的渦流損耗，所以可以防止抵接板3的發熱。　　[0024] 又，由於支撐框5是以包圍鐵芯的方式所構成，所以是以不鏽鋼(SUS)、鋁(Al)、木材、樹脂等之非磁性材料來構成、或者是藉由磁性體以不將磁腳圍繞一圈的方式，於磁性體的一部分中夾有樹脂等之非磁性材料來構成為佳。　　通常，非晶系磁性薄帶由於其1片的厚度很薄為數十μm，要積層數百片，故難以自己站立。另一方面，由於矽鋼板具有非晶系磁性薄帶之大約10倍的厚度，所以能夠自己站立。因此，藉由在非晶系鐵芯1的外周配置矽鋼板鐵芯2，再使用抵接板3，然後將非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2緊束固定，是能夠抑制非晶系鐵芯1的形狀變形。又，藉由使用抵接板3緊束固定，可以將非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2均等地緊束，並且由於緊束力沒有直接施加在非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2，所以能夠保護非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2。　　[0025] 再者，由於非晶系鐵芯1對應力敏感，在直接施加緊束力時，會造成鐵損變大。特別是，大型的鐵芯必須要以支撐框來支撐鐵芯，不過若是本實施例的構成，由於無必要直接壓迫非晶系鐵芯1，故可以防止鐵損惡化。　　[0026] 又，藉由使用1片沒被分割之一體物件的抵接板3，可以更進一步地強化鐵芯的剛性。　　[0027] 第3圖，是顯示由第1圖及第2圖所示的非晶系鐵芯1及矽鋼板鐵芯2所構成之靜止感應電器用鐵芯的最小單位(第1圖的左邊一半)。　　[0028] 如第3圖所示，藉由將靜止感應電器用鐵芯以最小單位拆開生產後再予以組合，由於不論單相或三相皆可以使用相同鐵芯來構成變壓器，所以可以提昇生產性。　　[0029] 如此地依據本實施例的構成，即使使用非晶系磁性薄帶及矽鋼板的鐵芯大型化之情形時，也可以獲得機械性強度高，磁性損耗小的靜止感應電器用鐵芯。 [實施例2] 　　[0030] 於第4圖，是顯示本發明之靜止感應電器用鐵芯的實施例2。　　[0031] 於該圖所示之本實施例的靜止感應電器用鐵芯，相對於以實施例1所說明的構成，是將配置在矽鋼板鐵芯2與支撐框5之間的抵接板3的形狀予以變更者。　　[0032] 亦即，本實施例，如第4圖所示，是將抵接板3分割成複數個(在本實施例中是分成8個)者，藉由使用該分割後的抵接板3，由於可以縮小每一片抵接板3的大小，所以組裝時的操作會變得容易。　　[0033] 又，抵接板3，可以是以鐵構成，也可以是以不鏽鋼(SUS)、鋁(Al)、木材、樹脂等之非磁性材料來構成。以鐵構成抵接板3之情形時，由於藉由在抵接板3開設狹縫可以減輕因磁通交鏈所引起的渦流損耗，所以可以防止抵接板3的發熱。　　[0034] 又，由於支撐框5是以包圍鐵芯的方式所構成，所以是以不鏽鋼(SUS)、鋁(Al)、木材、樹脂等之非磁性材料來構成、或者是藉由磁性體以不將磁腳圍繞一圈的方式，於磁性體的一部分中夾有樹脂等之非磁性材料來構成為佳。　　[0035] 即使是如此之本實施例的構成亦可以獲得與實施例1相同的效果。 [實施例3] 　　[0036] 於第5圖及第6圖，是顯示本發明之靜止感應電器用鐵芯的實施例3。　　[0037] 該如圖所示的本實施例的靜止感應電器用鐵芯，是在實施例1中所說明之構成上，將矽鋼板積層，且將角部所形成之階疊(step-lap)接合構造之矽鋼板鐵芯2的寬幅予以變更者。　　[0038] 亦即，是將矽鋼板鐵芯2，以從非晶系鐵芯1側朝向抵接板3側寬幅依序變小的方式來作為構成者。　　[0039] 藉由設成如此之本實施例的構成，毋庸置疑可以取得與實施例1相同的效果，並可以將鐵芯的斷面設為接近圓形的形狀，可以不會浪費地將鐵芯配置於圓形的捲線內，而增大鐵芯之捲線內面積占有率。　　[0040] 又，亦可以僅有矽鋼板鐵芯2的軛部設為相同寬幅的板，藉由設成以支撐框5緊束鐵芯軛部之構成，而不會減少緊束面積，成為能夠將鐵芯緊束的構成。　　[0041] 又，上述的實施例，是為了使本發明易於瞭解所進行之詳細的說明，因此未必是受具備有所說明之全部的構成所限定。還有，是能夠將某實施例之構成的一部分置換在其他之實施例的構成上。又，亦可以在某實施例的構成中加上其他的實施例的構成。又，對於各實施例之構成的一部分，是能夠進行其他之構成的追加、削除、置換。

[0042]

1‧‧‧非晶系鐵芯

2‧‧‧矽鋼板鐵芯

3‧‧‧抵接板

4‧‧‧非晶系鐵芯用框

5‧‧‧支撐框

6‧‧‧緊束治具

7‧‧‧第2支撐框

8‧‧‧鐵芯的窗部

A-A’‧‧‧剖面線

[0016] 　　第1圖是顯示本發明之靜止感應電器用鐵芯的實施例1的立體圖。　　第2圖是將第1圖之實施例1的靜止感應電器用鐵芯沿著A-A’線剖面後的立體圖。　　第3圖是顯示構成第1圖之靜止感應電器用鐵芯的實施例1之鐵芯的最小單位的圖面。　　第4圖是顯示本發明之靜止感應電器用鐵芯的實施例2的立體圖。　　第5圖是顯示本發明之靜止感應電器用鐵芯的實施例3的立體圖。　　第6圖是將第5圖之實施例3的靜止感應電器用鐵芯沿著A-A’線剖面後的立體圖。

Claims

一種靜止感應電器用鐵芯，其特徵在於具備有：　　配置在鐵芯內部之由非晶系磁性薄帶所形成的非晶系鐵芯、及　　配置在該非晶系鐵芯的側面之由矽鋼板所形成的矽鋼板鐵芯、及　　配置在該矽鋼板鐵芯之最外周面的抵接板、及　　配置在上述非晶系鐵芯與上述矽鋼板鐵芯之間所包含之上述非晶系鐵芯的周圍的非晶系鐵芯用框、以及　　透過上述抵接板將上述非晶系鐵芯及上述矽鋼板鐵芯予以支撐及固定的支撐框。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述非晶系鐵芯，是捲繞成大致矩形的非晶系捲繞鐵芯、或是將長條的非晶系磁性薄帶予以積層之後，對接兩端而形成大致矩形的非晶系積層鐵芯；　　上述矽鋼板鐵芯，是將矽鋼板積層且於角部形成有階疊(step-lap)接合構造的矽鋼板積層鐵芯、或是將矽鋼板捲繞形成大致矩形的矽鋼板捲繞鐵芯。
如申請專利範圍第2項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述矽鋼板積層鐵芯，是以從上述非晶系鐵芯側朝向上述抵接板側寬幅依序變小的方式所構成。
如申請專利範圍第1至3項中之任一項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述支撐框，是朝向橫向方向地配置在上述抵接板之外周面的上下部，朝向該橫向方向所配置的上述支撐框，是透過上述抵接板來支撐及固定上述非晶系鐵芯與上述矽鋼板鐵芯。
如申請專利範圍第4項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　朝向橫向方向地配置在上述抵接板之外周面的上下部的上述支撐框，是藉由配置在該支撐框之上下之間的第2支撐框所連結。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述支撐框是由非磁性體或是磁性體所構成，當上述支撐框由磁性體所構成時，在上述磁性體的一部分中夾有非磁性材料。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述抵接板，是配合上述矽鋼板鐵芯的形狀而將相當於鐵芯之窗部的部分予以切除後的四角形。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述抵接板，是形成為一體、或是分割成複數個。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述抵接板，是由鐵或是非磁性材料所構成，上述抵接板由鐵所構成時，於上述抵接板設有狹縫。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述非晶系鐵芯用框是由非磁性體或是磁性體所構成，上述非晶系鐵芯用框由磁性體所構成時，於上述磁性體的一部分中夾有非磁性材料。
如申請專利範圍第1項所述的靜止感應電器用鐵芯，其中，　　上述非晶系鐵芯用框是由鐵所構成，在該鐵製的非晶系鐵芯用框與上述非晶系鐵芯之間夾有絕緣物。