TWI621139B - transformer - Google Patents

Abstract

提供一種使用有高鐵心佔積率之由非晶質磁性薄帶所致之卷鐵心的變壓器。

本發明之變壓器，係在藉由絕緣媒體來作了填充的槽(40)內，具備有：具有主腳和側腳和軛之鐵心；和被捲繞在前述鐵心之主腳之周圍的卷線(5)，該變壓器，其特徵為：前述鐵心之主腳，係具備有將非晶質磁性薄帶作捲繞所成之剖面四角形狀之主卷鐵心(1)；和由於其之4個邊上具有曲率地而被層積之矽鋼板所成的副卷鐵心(2)，將前述主腳之被配置有卷線(5)之部分的剖面，設為略圓形狀。

Description

變壓器

本發明，係有關於使用有藉由非晶質磁性薄帶及矽鋼板所構成的變壓器鐵心之變壓器。

伴隨著近年來之對於地球暖化問題的意識之提高以及在部分地區的起因於急速之經濟發展所導致的電力需求之激增，針對變壓器，係對於損失之降低、特別是對於鐵損(無負載損失)的降低，有著高度的關心。

針對非晶質磁性薄帶之無負載損失係為方向性矽鋼板的1/3~1/4一事作利用，而將其作為配電用之變壓器來實用化。在使用有非晶質磁性薄帶之變壓器中，通常，係使用有將磁性薄帶作捲繞所形成的被稱作卷鐵心之鐵心。

但是，磁性薄帶之卷鐵心，相較於將矽鋼板作層積所形成的積鐵心，其剛性係為低，在固定上係有所困難。進而，係有著若是施加於卷鐵心處之力變大則鐵損會增加的問題。針對此，係進行有各種的提案。

作為本技術領域之背景技術，係存在有日本 特開平05-144646號公報(專利文獻1)。在此公報中，係記載有一種變壓器鐵心，其係身為由非晶質磁性薄帶所成之卷鐵心，並於其之外周安裝有由矽鋼板所成之保護材，且將該卷鐵心藉由上部扣件和下部扣件來作了支持。

又，係存在有日本特開昭62-238612號公報(專利文獻2)。在此公報中，係記載有一種變壓器鐵心，其係為將非晶質磁性薄帶捲繞在鐵心卷框上所形成，並將成為矩形之畫框狀的一對之側板，以包圍鐵心的方式來作了配置。

進而，係存在有日本實開昭63-15022號公報(專利文獻3)。在此公報中，係記載有一種變壓器鐵心，其係身為由非晶質磁性薄帶所成之卷鐵心，並被固定在側部夾鉗處。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平05-144646號公報

[專利文獻2]日本特開昭62-238612號公報

[專利文獻3]日本實開昭63-15022號公報

近年來，係期望將非晶質磁性薄帶之適用擴大至大容量之變壓器。為了將變壓器大容量化，前述之由 非晶質磁性薄帶所致之卷鐵心的重量也會增加，而在其之支持方法上產生有課題。又，卷鐵心之支持構造物，係為了得到充分的強度，而使用金屬之支持構造物，但是，起因於從卷線而來之漏洩磁場，會在支持構造物中流動渦電流，而有著產生損失之虞。關於將在支持構造物處之損失降低一事，亦係成為其中一個課題。

在專利文獻1之構造中，卷鐵心雖然係藉由上部扣件和下部扣件而被作支持，但是，當卷鐵心重量有所增加的情況時，不僅是會有無法得到充分之強度的可能性，並且在該專利文獻1中，也並未針對將在上部扣件和下部扣件以及上下連結板處之損失降低的手段作揭示。

在專利文獻2之構造中，雖然能夠藉由設為畫框狀之一對的側板，來將重量為大的卷鐵心作保持，但是針對側板之損失的降低，係並未作任何之揭示。

在專利文獻3之構造中，卷鐵心雖然係藉由側部夾鉗而被作固定，但是，當卷鐵心重量有所增加的情況時，不僅是會有無法得到充分之強度的可能性，並且在該專利文獻1中，也並未針對將在側部夾鉗處之損失降低的手段作揭示。

另外，在大容量內鐵型變壓器中，為了進行緊緻化(compact)之絕緣，並確保充分之機械力概度，通常係使用圓形之卷線來進行。此時，鐵心之剖面形狀(包含有卷線之水平剖面)，係期望能夠盡可能接近於圓形。亦即是，另外一個課題，係在於使鐵心佔積率(相對 於圓形之剖面積的實際之鐵心剖面積之比例)盡可能接近於1。

本發明，係為有鑑於上述之問題點所進行者，其目的，係在於提供一種變壓器鐵心，其係身為大容量變壓器用之鐵心，並在將非晶質磁性薄帶作捲繞所形成的卷鐵心中，具備有不會對於卷鐵心而施加會使鐵損有所增加一般之過度的力之支持構造物，並且在該支持構造物處之損失亦為小，並且也能夠得到高鐵心佔積率。

為了解決上述課題，本發明之變壓器，係在藉由絕緣媒體來作了填充的槽(40)內，具備有：具有主腳和側腳和軛之鐵心；和被捲繞在前述鐵心之主腳之周圍的卷線(5)，該變壓器，其特徵為：前述鐵心之主腳，係具備有將非晶質磁性薄帶作捲繞所成之剖面四角形狀之主卷鐵心(1)；和由於其之4個邊上具有曲率地而被層積之矽鋼板所成的副卷鐵心(2)，將前述主腳之被配置有卷線(5)之部分的剖面，設為略圓形狀。

若依據本發明，則就算是身為使用有大型的非晶質磁性薄帶卷鐵心之變壓器，也能夠將鐵損之增加抑制為低。又，由於係將矽鋼板作層積而形成積鐵心單元，因此係能夠將起因於漏洩磁通量所發生的損失抑制為低。 進而，係能夠將鐵心之佔積率提高(亦即是能夠將佔積率設為接近於1之值)，而對於電線之成本作抑制，藉由此，係能夠提供經濟性之變壓器。

1‧‧‧主卷鐵心

2‧‧‧副卷鐵心

3‧‧‧積鐵心單元

4‧‧‧腳保持構件

5‧‧‧卷線

6‧‧‧上部鐵心保持構件

7‧‧‧下部鐵心保持構件

8‧‧‧積鐵心單元支柱

9‧‧‧連結構造物

10‧‧‧區隔構造物

11‧‧‧積鐵心固定構件

12‧‧‧保持構件突出部

20‧‧‧卷鐵心保持構件

21‧‧‧橫固定構件

22‧‧‧縱固定構件

23‧‧‧高度調整機構

31‧‧‧積鐵心單元主腳部

32‧‧‧積鐵心單元軛部

33‧‧‧積鐵心單元側腳部

40‧‧‧槽

50‧‧‧礦油

61‧‧‧上部鐵心保持構件固定部

101‧‧‧區隔橫構造物

102‧‧‧區隔縱構造物

103‧‧‧壓製板

[圖1]係為對於在第1實施例中之變壓器的概略構造作展示之水平剖面圖。

[圖2]係為對於在第1實施例中之將矽鋼板作層積所形成的積鐵心單元作展示之側面圖。

[圖3]係為對於在第1實施例中之卷鐵心的概略構造作展示之縱剖面圖。

[圖4]係為對於在第1實施例中之積鐵心單元的固定方法以及卷鐵心的支持構造作展示之水平剖面圖。

[圖5]係為對於在第1實施例中之卷鐵心的保持構件作展示之圖。

[圖6]係為對於在第1實施例中之卷鐵心的詳細之支持構造作展示之縱剖面圖。

[圖7]係為對於在第1實施例中之區隔構造物作展示之水平剖面圖。

[圖8]係為對於在第1實施例中之區隔構造物作展示之縱剖面圖。

[圖9]係為對於在第1實施例中之變壓器主要部分的製作、組裝方法作展示之流程圖。

以下，使用圖面，針對實施例作說明。另外，以下內容係僅為實施例，而並非代表將本案發明之內容限定為下述之具體性的形態。本發明自身，係可在滿足申請專利範圍之記載的範圍內，而變形為各種之形態。

[實施例1]

在本實施例中，針對油浸單相變壓器之例作說明。

圖1，係為對於在實施例1中之變壓器的概略構造作展示之水平剖面圖。本實施例之變壓器的鐵心，係藉由將非晶質磁性薄帶作捲繞所形成的主卷鐵心1、和將被切斷為特定之寬幅的矽鋼板作捲繞所形成的副卷鐵心2、以及在主卷鐵心1之側面兩側處將矽鋼板作層積而形成為畫框狀、亦即是偏移為階梯狀地作層積而形成為具有曲率之狀態的一對之積鐵心單元3，而構成之。

藉由上述之構成，本實施例之鐵心的主腳，係具備有將非晶質磁性薄帶作捲繞所成之剖面四角形狀之主卷鐵心1、和在其之4個邊上具有曲率地而被層積之矽鋼板，並將主腳之被配置有卷線5之部分的剖面，設為略圓形狀。

在圖1中，係在中央設置有主腳(藉由以C1~C4所構成的主卷鐵心1、副卷鐵心2、以及積鐵心單元 3，而被構成)，於其之兩側處，係被設置有側腳(藉由以C1、C2或者是C3、C4所構成的主卷鐵心1、副卷鐵心2、以及積鐵心單元3，而被構成)。在主腳之周圍，係被配置有卷線5。在圖1中雖並未作圖示，但是，將主腳和側腳作連結之部分，係構成軛(參考圖2、圖3)。

另外，在圖1中，主卷鐵心1雖係如同C1以及C2(或者是C3以及C4)一般地使用2個的非晶質磁性薄帶來構成，但是，此係為對於當變壓器為大型的情況時之作業性作考慮所採用的構成，亦可分別藉由1個的非晶質磁性薄帶，來構成一體之鐵心構成。

以將主卷鐵心1和副卷鐵心2之主腳部作包圍的方式，來配置卷線5。雖係省略圖示，但是，卷線5，係藉由被捲繞成同心狀之一次卷線和二次卷線來構成為圓柱狀。前述鐵心和卷線5，係被收容在槽40內，槽內係被注入有絕緣以及冷卻用之礦油50。在以下之說明中，係將關於槽以及礦油之說明作省略。

圖2，係為對於將矽鋼板作層積所形成的積鐵心單元3作展示之側面圖。積鐵心單元3，係為將矽鋼板切斷為特定之形狀並作層積所形成者，並成為畫框狀之構造、亦即是成為偏移為階梯狀地作層積而使其具有曲率之狀態。

積鐵心單元3，係藉由積鐵心單元主腳部31、和積鐵心單元軛部32、以及積鐵心單元側腳部33，而構成之。在積鐵心單元主腳部31處，係被捲繞有卷線 5。積鐵心單元3之水平剖面形狀，係設為接近於圓形之形狀，而有著使鐵心佔積率提高的效果。

圖3，係為對於卷鐵心的概略構造作展示之縱剖面圖(圖1之III-III剖面)。在卷線5之周圍，係被配置有副卷鐵心2，進而，在該副卷鐵心2之外周，係被配置有主卷鐵心1。在III-III剖面下之主卷鐵心1，係為賽車軌道形狀，但是，圖3之水平剖面(I-I剖面)，係為四角形狀(參考圖1)。

在圖中雖係省略，但是，於主卷鐵心1、以及副卷鐵心2之上部，係被設置有包覆部。在設置卷線時，係將主卷鐵心1、副卷鐵心2之該些所有的包覆開放，在將卷線作了插入後，係進行將所有的包覆封閉之作業。

接著，針對積鐵心單元3之固定方法和主卷鐵心1之支持方法作說明。圖4，係為對於積鐵心單元的固定方法以及卷鐵心的支持構造作展示之水平剖面圖。圖5，係為對於卷鐵心的保持構件作展示之圖。圖6，係為對於卷鐵心的支持構造之詳細內容作展示之縱剖面圖。

積鐵心單元3中之積鐵心單元主腳部31、積鐵心單元側腳部33以及下部之積鐵心單元軛部32，係如同圖6中所示一般，使用積鐵心固定構件11(例如，螺桿等)而固定在下部鐵心保持構件7以及腳保持構件4處。

被附加了特定之構造物的一對之積鐵心單元，係藉由積鐵心單元支柱8、連結構造物9、區隔構造 物10，而成為能夠將重量物作支持之構造物。另外，在連結構造物9之主卷線側處，係被設置有壓製板(未圖示)，並對於藉由機械性而言為脆弱的非晶質材所構成之主卷鐵心1作機械性的保護。

如同圖6中所示一般，在積鐵心單元支柱8之上部，係被固定有上部鐵心保持構件6。在一對之上部鐵心保持構件6之間，配置上部之積鐵心單元軛部32，並藉由上部鐵心保持構件固定部61(參考圖4)來作鎖緊，藉由此，來將上部積鐵心單元軛部32牢固地作固定。又，藉由上部鐵心保持構件6，來經由上部之積鐵心單元軛部32而以將主卷鐵心1之上部作挾入的方式而作保持。

如同圖4、5、6中所示一般，在上部鐵心保持構件6處，係被設置有保持構件突出部12，卷鐵心保持構件20，係經由各構件(詳細內容係於後再述)而被固定在保持構件突出部12處。另外，在保持構件突出部12上，係被設置有高度調節機構23，而能夠對於卷鐵心保持構件20之高度位置作調整。

卷鐵心保持構件20，係如同圖5中所示一般，經由橫固定構件21、縱固定構件22，而被固定在被設置於上部鐵心保持構件6處之保持構件突出部12處。卷鐵心保持構件20之高度位置，係在藉由高度調節機構23而以使主卷鐵心之鐵損作降低的方式來作了調整之後，被固定在所期望之位置處。卷鐵心保持構件20、橫 固定構件21、縱固定構件22，係藉由非磁性材料來製作，而對起因於渦電流所致的損失之發生作抑制。

卷鐵心保持構件20，係被配置在由矽鋼板所成之主卷鐵心1之內側，並以將主卷鐵心1吊下一般的狀態，來支持主卷鐵心1。藉由設為此種構成，由於係並不會有對於藉由非晶質材所構成的主卷鐵心1而施加過度之鎖緊力的情形，因此係成為能夠降低在鐵心處所產生的鐵損。

在圖1之III-III剖面中，關於主卷鐵心，係成為使2個的卷鐵心(C2、C4)相鄰接，但是，為了對鐵心作保護並使冷卻特性提昇，在2個的主卷鐵心之間，係設置有區隔構造物10(參考圖4)。

圖7，係為對於區隔構造物10作展示之水平剖面圖，圖8，係為其之縱剖面圖。區隔構造物10，係在以一定間隔來作了配置的區隔橫構造物101之兩側處，以一定間隔來設置縱長之區隔縱構造物102，並在區隔縱構造物102之卷鐵心側處，設置有壓製板103。若依據此構造，則在相鄰接之主卷鐵心之間係被形成有冷卻流路，而能夠進行充分的鐵心之冷卻。

接著，針對本實施例之變壓器的製作、組裝方法作說明。圖9，係為對於變壓器主要部分的製作、組裝方法作展示之流程圖。

首先，製作將非晶質磁性薄帶作複數之重疊並作捲繞所形成的卷鐵心，並進行退火。進而，將矽鋼板 切斷為特定之尺寸，並進行捲繞，而製作出卷鐵心(301)。由非晶質磁性薄帶所致之卷鐵心，係成為主卷線1，由矽鋼板所致之卷鐵心，係成為副卷線2。

另一方面，將矽鋼板切斷為特定之尺寸，並層積為如同圖2中所示一般之畫框狀，藉由此，來製作積鐵心單元(302)。進而，在除了上部軛部以外之積鐵心單元3處，裝著下部保持構件7、積鐵心單元支柱8、連結構造物9等(303)。

在藉由工程303所製作的構造物中，插入主卷鐵心1，並將其之包覆部開放(304)。進而，在使包覆部被作了開放的主卷鐵心1之內側，插入副卷鐵心2，並將其之包覆部開放(305)。之後，將卷線5插入(306)。

接著，將副卷鐵心2之被開放的包覆關閉(307)，針對主卷鐵心1，係在將卷鐵心保持構件20作了插入後，將被開放的包覆封閉(308)。

之後，針對積鐵心單元3之軛部，將被切斷為特定之尺寸的矽鋼板插入(309)。進而，裝著上部鐵心保持構件6(參考圖6)(310)。

使用被設置在上部鐵心保持構件6之保持構件突出部12處的高度調節機構23，來對於卷鐵心保持構件20之高度作調整，藉由此，來固定在使由非晶質磁性薄帶所成之主卷鐵心1的鐵損作了最小化的位置處。

若依據本實施例，則由於被圓筒形狀之卷線 所包圍的主卷鐵心和副卷鐵心以及積鐵心單元之水平剖面形狀係成為略圓形，因此，相較於將由非晶質磁性薄帶所成之卷鐵心作複數之組合並形成了鐵心的情況(水平剖面為四角形狀的情況)，係有著使鐵心佔積率作25%程度的提升之效果。

進而，由非晶質磁性薄帶所成之卷鐵心，相較於僅藉由矽鋼板來構成鐵心的情況，噪音係為較大，此事係為周知，但是，在本實施例之構造中，由於由非晶質磁性薄帶所成的卷鐵心之周圍的多處，係被矽鋼板積鐵心單元所覆蓋，因此，相較於僅藉由由非晶質磁性薄帶所成之卷鐵心來構成鐵心的情況，係有著能夠將噪音抑制為低的優點。

在本實施例中，副卷鐵心2雖係藉由矽鋼板來形成，但是，依存於鐵心之尺寸，係亦可將副卷鐵心2藉由非晶質磁性薄帶來形成。於此情況，係有著相較於使用矽鋼板的情況而能夠將鐵損降低的優點。另外，本實施例，雖係針對單相變壓器而作了說明，但是，係亦可針對三相變壓器來作適用。

Claims (5)

1. 一種變壓器，係在槽內，具備有：具有主腳和側腳和上部軛以及下部軛之鐵心；和被捲繞在前述鐵心之主腳之周圍的卷線，該變壓器，其特徵為：前述鐵心之主腳，係具備有：將非晶質磁性薄帶作捲繞所成之剖面四角形狀之主卷鐵心；和於其之4個邊上具有曲率地而被層積之矽鋼板，將前述主腳之被配置有前述卷線之部分的剖面，設為略圓形狀，前述鐵心，係具備有由前述主卷鐵心和由被捲繞在前述主卷鐵心之內周側的矽鋼板所成之副卷鐵心以及在前述主卷鐵心之側面兩側具有曲率地而被層積之矽鋼板所成的積鐵心單元。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之變壓器，其中，將被配置在前述主腳、前述側腳以及前述下部軛之各者處的前述積鐵心單元之各者，藉由保持構件來作保持。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之變壓器，其中，係更進而將被設置在前述上部軛處的前述積鐵心單元，藉由保持構件來作保持。
4. 如申請專利範圍第3項所記載之變壓器，其中，在被設置於前述上部軛處的保持構件處，係具備有支持前述主卷鐵心之支持構件。
5. 如申請專利範圍第4項所記載之變壓器，其中，前述支持構件，係具備有對於前述主卷鐵心之高度作調整之高度調整機構。