WO2019123797A1 - ハイブリッド鉄心変圧器 - Google Patents

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WO2019123797A1
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amorphous
hybrid
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steel sheet
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田中　雄一郎
亮 西水
栗田　直幸
千絵 小林
明 山岸
晃一 高橋
瑞 小木
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid core transformer.
  • Amorphous magnetic materials having small magnetic loss and excellent magnetic properties have been used as energy saving type transformer cores.
  • Amorphous magnetic ribbons used for transformer cores are manufactured by ultra-quenching a melt of a magnetic alloy, and have very low magnetic loss and excellent magnetic properties.
  • the amorphous magnetic ribbon forming the core has properties of being thin, hard and brittle, and therefore, is formed by laminating thousands of ribbons having a thickness of about 0.025 mm.
  • mechanical strength and rigidity can not be sufficiently obtained, and it is difficult to be self-standing like a silicon steel sheet.
  • the amorphous magnetic material has high stress sensitivity, and the magnetic loss is increased when stress is applied to the amorphous magnetic material.
  • Patent Document 1 mechanical strength and rigidity are secured by sandwiching both sides of an amorphous core with a silicon steel sheet core to form a hybrid core.
  • the tension of the bind may apply a stress to the amorphous iron core to increase the magnetic loss.
  • An object of the present invention is to protect an amorphous core in a hybrid core transformer so that stress is not applied to the amorphous core.
  • a hybrid core transformer includes a cylindrical winding formed by winding an electric wire, an amorphous core disposed in a hollow portion of the winding, and an outer circumferential portion of the amorphous core.
  • a steel plate core and the clamp are disposed at substantially the same height, the support beam is fixed at the lower end surface of the clamp, and the amorph Stacking direction of the stacked direction as the silicon steel sheet iron core of the scan iron core characterized in that it is arranged orthogonally.
  • the amorphous core in a hybrid core transformer, can be protected so that the amorphous core is not stressed.
  • FIG. 6 is a main leg sectional view showing the structure of a hybrid core transformer with an amorphous inner core and an amorphous outer core added. It is a perspective view which shows the support state of an amorphous inner core. It is a front view which shows the support state of an amorphous inner core. It is a perspective view which shows the support state of an amorphous outer core. It is a front view which shows the support state of an amorphous outer core. It is a front view which shows the support state of an amorphous outer core. It is a perspective view showing an amorphous outer core before assembly.
  • FIG. 6 is a front view showing a structure of a hybrid core transformer with an additional clamp plate.
  • FIG. 5 is a front view showing a structure of a hybrid core transformer with an additional binding plate and a binding tape.
  • FIG. 6 is a front view showing a structure of a hybrid core transformer with an additional winding.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a supported state of the hybrid iron core of Example 1;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a supported state of the hybrid core of Example 2;
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing an amorphous core protection case for a main leg of Example 3; It is sectional drawing which shows the state before the assembly of the amorphous core protection case for main legs of Example 3.
  • FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view showing an amorphous core protection case for a main leg of Example 3; It is sectional drawing which shows the state before the assembly of the amorphous core protection case for main legs of Example 3.
  • FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view showing an amorphous core protection case for a main leg of Example 3; It is sectional drawing which shows the state before the assembly of the amorphous core protection case for main legs of Example
  • a hybrid core transformer will be described which can improve the space factor of the amorphous core, protect the amorphous core, and secure the magnetic characteristics.
  • an oil-incorporated single-phase device will be described as an example of a hybrid core transformer.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a hybrid iron core transformer of Embodiment 1
  • FIG. 2 is a front view showing the hybrid iron core transformer of Embodiment 1.
  • FIG. Since the hybrid iron core transformer 100 is a single-phase unit, the winding is disposed at the center, the main leg is disposed on the inner circumferential side of the winding, the side legs are disposed on the outer side of the winding, and the main leg and the side leg are upper yokes. Construct a frame-like core by connecting with the lower yoke.
  • the hybrid core transformer 100 includes a cylindrical winding 3 configured by winding an electric wire, an amorphous core disposed in the hollow portion of the winding 3, and an outer periphery of the amorphous core.
  • a silicon steel sheet iron core 2 disposed in a portion, an amorphous iron core and an iron core leg portion between the amorphous steel core and the silicon steel sheet iron core 2, and an amorphous iron core protection case 10 for protecting the amorphous iron core and the silicon steel sheet iron core 2
  • a support beam 11 for vertically supporting the amorphous core.
  • the amorphous iron core, the amorphous iron core protection case 9, the silicon steel sheet iron core 2 and the fastener 4 are disposed at substantially the same height.
  • the support beam 11 is fixed at the lower end face of the fastener 4.
  • the lamination direction of the leg part of an amorphous iron core and the lamination direction of silicon steel plate iron core 2 are arranged at right angles.
  • An abutment plate 5 for fasteners is disposed on the outermost peripheral side of the silicon steel plate core 2, and the fastener 4 supports the silicon steel plate core 2 via the abutment plate 5 for fasteners. Then, the silicon steel sheet iron core 2 is fixed by means of the binding tape 8 via the clamp contact plate 5.
  • the amorphous core is composed of an amorphous inner core 16 and an amorphous outer core 1.
  • the amorphous core is formed of an amorphous magnetic thin strip
  • the silicon steel sheet core 2 is formed of a silicon steel sheet.
  • FIG. 3 shows a main leg sectional view (amorphous core is not shown) for explaining the structure of hybrid core transformer 100.
  • FIG. 4 is a main leg sectional view showing a structure of a hybrid iron core transformer 100 in which an amorphous inner iron core 16 and an amorphous outer iron core 1 are added to the structure of FIG.
  • the space factor indicates the ratio of the cross-sectional area of the iron core to the area of the inscribed circle of the winding 3.
  • the space factor becomes high because the silicon steel sheets can be made to approximate a substantially circular shape by laminating them with a curvature.
  • amorphous magnetic thin ribbons have few kinds of material width, and when an iron core is made of one type of amorphous material, a square cross section is obtained, and the space factor becomes low. So, in Example 1, as shown in FIG. 4, the curvature is given and it laminates
  • the silicon steel sheet core 2 is preassembled by piled iron operation.
  • a piled iron core is manufactured by carrying out a pile iron work in the order of a silicon steel sheet iron core 2 laminated with a curvature, an amorphous iron core protection case 9 for a hollow main leg, and a silicon steel sheet iron core 2 laminated with a curvature. Then, bind the binding tape 8 and fix this piled iron core.
  • the tension of the bind of the bind tape 8 does not apply stress to the amorphous core, and the magnetic loss does not increase.
  • a step is arranged on the side of the amorphous core protection case 9 according to the width of the amorphous ribbon, and the inside of the amorphous core protection case 9 is four blocks.
  • One block in the amorphous core protection case 9 is configured to surround the amorphous inner core 16 and the amorphous outer core 1.
  • the amorphous core protection case 9 can be made of a nonmagnetic material such as wood or resin, or a nonmagnetic metal material such as stainless steel or aluminum. In the case of using a nonmagnetic metal material, it is preferable that an insulating material such as a resin be interposed in a part of the structure so that the magnetic leg does not extend around one turn (one turn).
  • the amorphous core is surrounded by the amorphous core protection case 9, the amorphous core can be prevented from being damaged without being exposed to the outside during manufacturing and after completion. Furthermore, by sandwiching the both sides of the amorphous core protection case 9 with the silicon steel sheet core 2, mechanical strength and rigidity can be given to the fragile amorphous core.
  • the amorphous core is composed of the amorphous inner core 16 and the amorphous outer core 1.
  • a step is provided on the side of the amorphous core protection case 9 so that the width of the amorphous inner core 16 and the width of the amorphous outer core 1 are the cross sections of the legs of the core composed of the amorphous core and the silicon steel sheet core 2 Each is defined to be substantially circular.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining the supported state of the amorphous inner core 16
  • FIG. 6 is a front view thereof.
  • the hybrid iron core transformer 100 changes the width of the amorphous ribbon and divides it into two stages. Therefore, the amorphous inner core 16 is smaller than the amorphous outer core 1.
  • the amorphous inner core 16 can be supported by the upper end surface of the winding 3 with the amorphous core support (insulation plate) 14 interposed, since the core weight of the amorphous inner core 16 is also reduced. For this reason, since the core length of the amorphous inner core 16 is the shortest, this structure contributes to the downsizing and weight reduction of the hybrid core transformer.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining a supported state of the amorphous outer core 1
  • FIG. 8 is a front view thereof. Since the amorphous outer core 1 has a large core weight, the support beam 11 is transferred to a support frame composed of the clamp 4 and the stud 15 and fixed at the lower end surface of the clamp 4 via an insulator. Thereby, the amorphous outer core 1 can be supported by the upper end surface of the support beam 11. As a result, since the core length of the amorphous outer core 1 is also shortest, this structure contributes to the miniaturization and weight reduction of the hybrid core transformer.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the amorphous outer core 20 before assembly
  • FIG. 10 is a front view thereof.
  • the amorphous outer core 20 is a wound core, and is formed by laminating thousands of amorphous ribbons whose lengths are gradually changed.
  • the amorphous outer core 20 can be transported by the support plate 12.
  • the open wrap portion of the amorphous outer core 20 is inserted into the winding 3 and after insertion, the wrap portion is closed and assembled.
  • the support plate 12 of the amorphous outer core 20 can be incorporated as it is as a component.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the amorphous outer core 30 after assembly (after wrapping), and FIG. 12 is a front view thereof. As shown in FIGS. 11 and 12, the amorphous outer core 30 after assembly becomes a racetrack-shaped wound core.
  • FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the amorphous outer core support plate 12, and FIG. 14 is a front view thereof.
  • An inner peripheral side corner (R portion) supporting portion 21 of the amorphous outer core 1 is installed on the amorphous outer core support plate 12. Since all the weight of the amorphous outer core 1 is supported by the support plate 12 for the amorphous outer core, the support plate 12 for the amorphous outer core is made to have a curvature of radius R. Thereby, it is possible to prevent the weight of the amorphous outer core 1 from being concentrated on the inner peripheral side corner portion of the amorphous outer core 1.
  • two partition plates (hanging ears) 22 for restricting the positions of the two side surfaces of the amorphous outer core 1 extend from the support plate 12 for the amorphous outer core is set up.
  • through holes 23 are provided at two places in the two partition plates (hanging ears) 22. The two shafts are fixed to the through holes 23 and a wire rope can be attached to the shafts to suspend the amorphous outer core 1.
  • the support plate 12 for amorphous core does not have the two partition plates (hanging ears) 22
  • the wire rope needs to go through the bottom of the support plate 12 for the amorphous outer core. For this reason, when removing a wire rope after iron core conveyance, it is necessary to ensure the gap between amorphous iron cores at least more than the diameter of a wire rope. This has been a constraint on the miniaturization of hybrid core transformers.
  • FIG. 15 is a front view showing a state in which only the amorphous core protection cases 9 and 10, the amorphous outer core 1 and the amorphous inner core 16 are disposed.
  • Amorphous core protection cases 9 and 10 are characterized by amorphous core protection cases 9 and 10 side plates (main legs, side legs) side plates (the main legs are the front and back of the paper, and the side legs are front and back of the paper) 3) of the lateral side of the amorphous outer core 1 were extended to the end of the amorphous outer core 1 (six points shown by dotted lines).
  • FIG. 16 adds the silicon steel plate iron core 2 to FIG.
  • the upper yoke and the lower yoke can be configured by arranging the silicon steel sheet iron core 2 using the extension parts (6 places of the dotted line part) of the amorphous core protection cases 9 and 10.
  • the yoke (yoke portion) of the amorphous outer core 1 becomes difficult to be seen from the front, and it can be said that the position is substantially the same as the silicon steel sheet core 2.
  • FIG. 17 is the one in which the abutment plate 5 for a clamp is added to FIG.
  • the amorphous outer core 1 and the yoke (yoke portion) of the silicon steel sheet core 2 are difficult to see from the front, and are substantially in the same position as the clasp contact plate 5 It can be said.
  • FIG. 18 the binding plates 6 and 7 are added to FIG. 17, and the main legs and the side legs are fixed by winding the binding tape 8.
  • the winding 3 and the support (insulating plate) 14 for amorphous core are added to FIG.
  • the amorphous iron core, the amorphous iron core protection cases 9 and 10 the silicon steel sheet iron core 2 and the contact plate 5 for fasteners are arranged at substantially the same height.
  • FIG. 20 shows a support state of the hybrid core, and is a schematic cross-sectional view of the hybrid core transformer 100 at the center of the support plate 12.
  • the amorphous core protection case 9 is disposed at the center, and the silicon steel sheet core 2 and the contact plate 5 for fasteners are applied to the left and right of the amorphous core protection case 9, and they are sandwiched by the fasteners 4. Thereby, mechanical strength and rigidity of hybrid core transformer 100 are secured.
  • the amorphous outer core 1 is supported at the upper end face of the amorphous outer core support beam 11 via the insulating plate 14 by fixing the amorphous outer core support beam 11 to the lower end face of the clamp 4 with a screw or the like.
  • the amorphous inner core 16 is supported on the upper end surface of the winding 3 through the insulating plate 14.
  • the amorphous inner core 16 is supported on the upper end surface of the winding 3 via the amorphous inner core support plate 13.
  • the amorphous outer core 1 is supported on the upper end surface of the support beam 11 for amorphous outer core via the support plate 12 for amorphous outer core.
  • the lamination direction of the legs of the amorphous iron core composed of the amorphous outer iron core 1 and the amorphous inner iron core 16 is orthogonal to the lamination direction of the silicon steel sheet iron core 2.
  • Example 1 since the stress in the direction of tightening is not applied to the amorphous outer core 1 and the amorphous inner core 16, it is possible to prevent an increase in magnetic loss of the amorphous core.
  • Example 2 another example of the support structure of the amorphous core is described.
  • FIG. 21 shows an example in which both the amorphous inner core 16 and the amorphous outer core 1 are supported by the support beam 11. Since the support plate 13 for the amorphous inner core has two partition plates (hanging ears), the support plate 12 for the amorphous outer core is supported via the insulating plate 14 at the upper end face of this partition plate.
  • the amorphous inner core 16 is supported on the upper end surface of the support beam 11 via the amorphous inner core support plate 13.
  • the amorphous outer core 1 is supported on the upper end surface of the amorphous inner core partition plate 13.
  • Example 2 can solve the restriction of the core weight on the support structure of the amorphous core.
  • the amorphous core is divided into two parts of large and small, the number of divisions may be three or more in order to further improve the space factor.
  • FIG. 22 shows an example of the case where the amorphous core protection case 31 is made of high strength insulating paper (press board).
  • FIG. 23 shows the state before the assembly.
  • the steps (corners) are rounded. In order to realize this R-shape with high strength insulating paper, it is difficult to bend and form a thick insulating paper.
  • the bending board laminated material 32 can be manufactured by bending in advance a comparatively thin insulating paper of 1 mm or less like origami so as to bond and laminate it. Further, as shown in FIG. 22, a notch is provided in a part of the laminated plate materials 33 and 34 inside the amorphous core protection case 31, an L-shaped angle 35 is embedded in the notch, and the L-shaped angle 35 is used.
  • the laminated plate members 33 and 34 are fixed in a cross shape.
  • FIG. 24 is an example of the case where the amorphous core protection case is constituted by the bending plate laminated materials 42 and 43 divided into two.
  • FIG. 25 shows the state before the assembly. Since the two-part bending board laminates 42 and 43 are bonded at the dividing part, a part is stacked by overlapping (not shown) or step-lapping in order to secure a sufficient bonding area.
  • FIG. 26 shows an example of the case where the amorphous core protection case 51 is constituted by the bending plate laminated material 52 and the laminated plate material 53.
  • FIG. 27 shows the state before the assembly. Since the bending plate laminated material 52 and the laminated plate material 53 are adhered at the divided portions, in order to secure a sufficient adhesion area, a part is stacked by overlapping (not shown) or step lap.
  • the hybrid core transformer composed of the amorphous core and the silicon steel sheet core, it is possible to improve the space factor of the amorphous core, to protect the amorphous core and to secure the magnetic characteristics.
  • Amorphous core protection case 10 for main leg 10 Amorphous core protection case 11 for side leg Amorphous outer core support beam 12 Amorphous outer core support plate 13 Amorphous inner core support plate 14 Amorphous core support 15 Stud 16 Amorphous inner core 20 Amorphous outer core 21 before assembly Amorphous outer core inner corner support 22 Amorphous outer core partition plate 23 shaft through hole 30 Amorphous outer core 31 after assembly Amorphous core protection case 32 for main leg 32 bent plate laminated material 33 laminated plate material 34 laminated plate material 35 L-shaped angle 41 amorphous iron core protective case 42 for main leg bent Board laminate 4 3 Amorphous core protection case 52 for bent plate laminated material 51 main leg 52 bent plate laminated material 53 laminated plate material 100 hybrid iron core transformer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

ハイブリッド鉄心変圧器の上部継鉄と下部継鉄において、アモルファス鉄心、アモルファス鉄心保護ケース、素鋼板鉄心及び締金具が略同一高さに配置され、支持梁は締金具の下端面で固定され、アモルファス鉄心の積層方向と珪素鋼板鉄心の積層方向が直交して配置される。

Description

ハイブリッド鉄心変圧器
　本発明は、ハイブリッド鉄心変圧器に関する。
　近年、省エネルギー型の変圧器用鉄心として、磁気損失が少なく磁気特性に優れたアモルファス磁性材料が使用されている。変圧器用鉄心に用いるアモルファス磁性薄帯は、磁性合金の溶融体を超急冷して製造するもので、磁気損失が非常に小さく優れた磁気特性を備えている。
　鉄心を形成するアモルファス磁性薄帯は、薄くて硬く脆いという性質があるため、厚さ約０．０２５ｍｍの薄帯を何千枚も積層して形成している。しかし、機械的強度及び剛性が十分に得られず、珪素鋼板のように自立させることが困難である。また、アモルファス磁性材料は応力感度が高く、アモルファス磁性材料に応力が付与されると磁気損失が増加してしまう。
　特許文献１では、アモルファス鉄心の両側を珪素鋼板鉄心で挟み、ハイブリッド鉄心とすることにより、機械的強度及び剛性を確保している。
特開２０１６－１７４１１３号公報
　しかし、特許文献１の鉄心構造は、アモルファス鉄心が一部むき出しであり、製造時にアモルファス鉄心がその箇所で破損する恐れがある。
　また、製造時において、脚ごとに鉄心をバインドするため、バインドの張力によってアモルファス鉄心に応力が付与されて磁気損失が増加する恐れがある。
　本発明の目的は、ハイブリッド鉄心変圧器において、アモルファス鉄心に応力が付与されないようにアモルファス鉄心を保護することにある。
　本発明の一態様のハイブリッド鉄心変圧器は、電線を巻回して構成した筒状の巻線と、前記巻線の中空部に配置されたアモルファス鉄心と、前記アモルファス鉄心の外周部に配置された珪素鋼板鉄心と、前記アモルファス鉄心と前記珪素鋼板鉄心の間の鉄心脚部に配置され、前記アモルファス鉄心を保護するためのアモルファス鉄心保護ケースと、前記ケイ素鋼板鉄心を支持するための締金具と、前記アモルファス鉄心を垂直方向に支持する支持梁と、を有するハイブリッド鉄心変圧器であって、前記ハイブリッド鉄心変圧器の上部継鉄と下部継鉄において、前記アモルファス鉄心、前記アモルファス鉄心保護ケース、前記珪素鋼板鉄心及び前記締金具が略同一高さに配置され、前記支持梁は前記締金具の下端面で固定され、前記アモルファス鉄心の積層方向と前記珪素鋼板鉄心の積層方向が直交して配置されることを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、ハイブリッド鉄心変圧器において、アモルファス鉄心に応力が付与されないようにアモルファス鉄心を保護することができる。
ハイブリッド鉄心変圧器を示す斜視図である。 ハイブリッド鉄心変圧器を示す正面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を示す主脚断面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を、アモルファス内側鉄心とアモルファス外側鉄心を追加して示す主脚断面図である。 アモルファス内側鉄心の支持状態を示す斜視図である。 アモルファス内側鉄心の支持状態を示す正面図である。 アモルファス外側鉄心の支持状態を示す斜視図である。 アモルファス外側鉄心の支持状態を示す正面図である。 組立前のアモルファス外側鉄心を示す斜視図である。 組立前のアモルファス外側鉄心を示す正面図である。 組立後のアモルファス外側鉄心を示す斜視図である。 組立後のアモルファス外側鉄心を示す正面図である。 アモルファス外側鉄心の支持板を示す斜視図である。 アモルファス外側鉄心の支持板を示す正面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を示す正面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を、珪素鋼板鉄心を追加して示す正面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を、締金具用当板を追加して示す正面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を、バインド用当板とバインドテープを追加して示す正面図である。 ハイブリッド鉄心変圧器の構造を、巻線を追加して示す正面図である。 実施例１のハイブリッド鉄心の支持状態を示す断面図である。 実施例２のハイブリッド鉄心の支持状態を示す断面図である。 実施例３の主脚用アモルファス鉄心保護ケースを示す断面図である。 実施例３の主脚用アモルファス鉄心保護ケースの組立前の状態を示す断面図である。 実施例３の主脚用アモルファス鉄心保護ケースを示す断面図である。 実施例３の主脚用アモルファス鉄心保護ケースの組立前の状態を示す断面図である。 実施例３の主脚用アモルファス鉄心保護ケースを示す断面図である。 実施例３の主脚用アモルファス鉄心保護ケースの組立前の状態を示す断面図である。
　以下、図面を用いて実施例を説明する。
　実施例１では、アモルファス鉄心の占積率向上とアモルファス鉄心の保護及び磁気特性の確保を可能とするハイブリッド鉄心変圧器について説明する。ここで、ハイブリッド鉄心変圧器として、油入単相器を例に取り説明する。
　図１は、実施例１のハイブリッド鉄心変圧器を示す斜視図であり、図２は実施例１のハイブリッド鉄心変圧器を示す正面図である。
  ハイブリッド鉄心変圧器１００は単相器であるため、巻線を中心に配置し、巻線内周側に主脚、巻線外周側に側脚を配置し、主脚と側脚を上部継鉄、下部継鉄でつなぐことにより額縁状の鉄心を構成する。
　図１、図２に示すように、ハイブリッド鉄心変圧器１００は、電線を巻回して構成した筒状の巻線３と、巻線３の中空部に配置されたアモルファス鉄心と、アモルファス鉄心の外周部に配置された珪素鋼板鉄心２と、アモルファス鉄心と前記珪素鋼板鉄心２の間の鉄心脚部に配置され、アモルファス鉄心を保護するためのアモルファス鉄心保護ケース１０と、ケイ素鋼板鉄心２を支持するための締金具４と、アモルファス鉄心を垂直方向に支持する支持梁１１とを有する。
　ハイブリッド鉄心変圧器１００の上部継鉄と下部継鉄において、アモルファス鉄心、アモルファス鉄心保護ケース９、珪素鋼板鉄心２及び締金具４が略同一高さに配置されている。支持梁１１は締金具４の下端面で固定されている。そして、アモルファス鉄心の脚部の積層方向と珪素鋼板鉄心２の積層方向が直交して配置される。
　ケイ素鋼板鉄心２の最外周側には、締金具用当板５が配置され、締金具４は、締金具用当板５を介してケイ素鋼板鉄心２を支持する。そして、バインドテープ８により、締金具用当板５を介してケイ素鋼板鉄心２を固定する。
　ここで、アモルファス鉄心は、アモルファス内側鉄心１６とアモルファス外側鉄心１で構成される。そして、アモルファス鉄心は、アモルファス磁性薄帯で形成され、珪素鋼板鉄心２は、珪素鋼板で形成されている。
　図３は、ハイブリッド鉄心変圧器１００の構造を説明する主脚断面図（アモルファス鉄心は図示せず）を示す。図４は、図３の構造に、アモルファス内側鉄心１６とアモルファス外側鉄心１を追加したハイブリッド鉄心変圧器１００の構造を示す主脚断面図である。
  ここで、占積率は巻線３の内接円の面積に占める鉄心の断面積の割合を示す。従来の珪素鋼板鉄心を用いた変圧器では、珪素鋼板を曲率をもって積層することにより略円形に近づけることができるため占積率は高くなる。
　一方、アモルファス磁性薄帯は材料幅の種類が少なく、一種類のアモルファス材で鉄心を構成すると四角形断面となり占積率は低くなる。そこで、実施例１では、図４に示すように、アモルファス薄帯の幅を変更して階段状に配置することにより、曲率を持たせて積層する。このため、アモルファス鉄心のさらなる占積率の向上が期待できる。四角形断面と比較した場合、実施例１のアモルファス鉄心の占積率は約１２％向上する効果がある。
　図３に示すように、アモルファス鉄心を組み立てる前に、珪素鋼板鉄心２を積鉄作業により事前に組み立てておく。曲率をもって積層された珪素鋼板鉄心２、中空の主脚用のアモルファス鉄心保護ケース９、曲率をもって積層された珪素鋼板鉄心２の順番で積鉄作業を行って積鉄心を製作する。そして、この積鉄心を、バインドテープ８を巻きつけて固定する。
　アモルファス鉄心保護ケース９が配置されているので、バインドテープ８のバインドの張力によってアモルファス鉄心に応力が付与されることはなく、磁気損失が増加することはない。
　図３に示すように、アモルファス鉄心保護ケース９の特徴として、アモルファス鉄心保護ケース９の側部にアモルファス薄帯の幅に合わせて段を配置し、アモルファス鉄心保護ケース９の内部が４つのブロックに分かれている。アモルファス鉄心保護ケース９内の１ブロックはアモルファス内側鉄心１６とアモルファス外側鉄心１を囲むように構成する。アモルファス鉄心保護ケース９は、木材、樹脂などの非磁性の材料か、ステンレス、アルミニウムなど非磁性の金属材料で構成することができる。非磁性の金属材料で構成する場合は、磁脚を１周囲むこと（１ターン）がないように構造部の一部に樹脂などの絶縁物を介在させる構成が望ましい。
　アモルファス鉄心は、アモルファス鉄心保護ケース９によって囲まれていることから、製造中および完成後も外部に晒されることなく、アモルファス鉄心の破損を防止することができる。さらに、アモルファス鉄心保護ケース９の両側を珪素鋼板鉄心２で挟むことにより、脆弱なアモルファス鉄心に対して機械的強度と剛性を付与することもできる。
　このように、アモルファス鉄心は、アモルファス内側鉄心１６とアモルファス外側鉄心１で構成される。そして、アモルファス鉄心保護ケース９の側部に段部を設けて、アモルファス内側鉄心１６の幅とアモルファス外側鉄心１の幅が、アモルファス鉄心と珪素鋼板鉄心２で構成される鉄心の脚部の断面が略円形になるようにそれぞれ定められている。
　図５はアモルファス内側鉄心１６の支持状態を説明する斜視図であり、図６はその正面図である。
  ハイブリッド鉄心変圧器１００は、アモルファス薄帯の幅を変更して２段に分ける。このため、アモルファス内側鉄心１６はアモルファス外側鉄心１と比較して小さい。アモルファス内側鉄心１６は鉄心重量も小さくなることから、アモルファス鉄心用受け（絶縁板）１４を介在させて、巻線３の上端面で支持することができる。このため、アモルファス内側鉄心１６の鉄心長は最短となることから、本構造はハイブリッド鉄心変圧器の小型化と軽量化に貢献する。
　図７はアモルファス外側鉄心１の支持状態を説明する斜視図であり、図８はその正面図である。
  アモルファス外側鉄心１は鉄心重量が大きくなることから、締金具４とスタッド１５で構成した支持枠に支持梁１１を渡し、締金具４の下端面で絶縁物を介して固定する。これにより、アモルファス外側鉄心１は支持梁１１の上端面で支持することができる。このため、アモルファス外側鉄心１の鉄心長も最短となることから、本構造はハイブリッド鉄心変圧器の小型化と軽量化に貢献する。
　図９は組立前のアモルファス外側鉄心２０の構成を示す斜視図であり、図１０はその正面図である。
  アモルファス外側鉄心２０は巻鉄心であり、長さを少しずつ変えたアモルファス薄帯を何千枚も積層して形成する。
　アモルファス外側鉄心２０は支持板１２によって搬送することが可能である。巻線３に、アモルファス外側鉄心２０の開放したラップ部を挿入し、挿入後、ラップ部を閉じて組み立てる。また、アモルファス外側鉄心２０の支持板１２は、部品としてそのまま組み込むこともできる。
　図１１は組立後（ラップ後）のアモルファス外側鉄心３０の構成を示す斜視図であり、図１２はその正面図である。
  図１１、図１２に示すように、組立後のアモルファス外側鉄心３０はレーストラック状の巻鉄心となる。
　図１３はアモルファス外側鉄心用支持板１２の構成を示す斜視図であり、図１４はその正面図である。
  アモルファス外側鉄心用支持板１２には、アモルファス外側鉄心１の内周側コーナー（Ｒ部）支持部２１が設置されている。アモルファス外側鉄心１の重量はすべてアモルファス外側鉄心用支持板１２で支えることになるため、アモルファス外側鉄心用支持板１２に半径Ｒの曲率を持たせる。これにより、アモルファス外側鉄心１の重量がアモルファス外側鉄心１の内周側角部に集中することを防止することができる。
　また、アモルファス外側鉄心用支持板１２の両側部には、アモルファス外側鉄心１の２側面の位置を規制する２枚の仕切り板（吊り耳）２２が、アモルファス外側鉄心用支持板１２から延長して設置されている。さらに、２枚の仕切り板（吊り耳）２２には、貫通穴２３が２箇所に設置されている。この貫通穴２３に２本のシャフトを通して固定し、このシャフトにワイヤーロープをかけて、アモルファス外側鉄心１を吊ることができる。
　次に、図１３、図１４を参照して、アモルファス鉄心用支持板１２の効果について説明する。
  アモルファス外側鉄心用支持板１２に、２枚の仕切り板（吊り耳）２２がない場合、ワイヤーロープはアモルファス外側鉄心用支持板１２の底をくぐらせる必要がある。このため、鉄心搬送後、ワイヤーロープを取り外す場合、アモルファス鉄心間のギャップは少なくともワイヤーロープの直径以上、確保する必要がある。このため、ハイブリッド鉄心変圧器の小型化の制約となっていた。
　アモルファス外側鉄心用支持板１２に、２枚の仕切り板（吊り耳）２２がある場合、アモルファス鉄心の位置ずれを防止することができる。また、ワイヤーロープの取り外しも容易になり、アモルファス鉄心間のギャップ（ワイヤーロープの直径以上）の制約も緩和され、ハイブリッド鉄心変圧器１００の小型化に貢献する。
　図１５は、アモルファス鉄心保護ケース９、１０と、アモルファス外側鉄心１とアモルファス内側鉄心１６のみを配置した状態を示す正面図である。
  アモルファス鉄心保護ケース９、１０に特徴があり、アモルファス鉄心保護ケース９、１０鉄心（主脚、側脚）の側方板（主脚は紙面手前と奥の２枚、側脚は紙面手前と奥の側方の３枚）を、アモルファス外側鉄心１の端部まで延長させた（点線部に示す６箇所）。
　図１６は図１５に珪素鋼板鉄心２を追加したものである。
  アモルファス鉄心保護ケース９、１０の延長部（点線部の６箇所）を利用して、珪素鋼板鉄心２を配置することにより上部継鉄と下部継鉄を構成することができる。珪素鋼板鉄心２を配置した状態では、アモルファス外側鉄心１の継鉄（ヨーク部）は正面からは見え難くなり、珪素鋼板鉄心２と略同一位置であるといえる。
　図１７は図１６に締金具用当板５を追加したものである。締金具用当板５を配置した状態では、アモルファス外側鉄心１と、珪素鋼板鉄心２の継鉄（ヨーク部）は正面からは見え難くなり、締金具用当板５と略同一位置であるといえる。
　図１８は図１７にバインド用当板６、７を追加し、主脚と側脚をバインドテープ８を巻きつけて固定したものである。
　図１９は図１８に巻線３と、アモルファス鉄心用受け（絶縁板）１４を追加したものである。
  ハイブリッド鉄心変圧器１００の上部継鉄と下部継鉄において、アモルファス鉄心、アモルファス鉄心保護ケース９、１０、珪素鋼板鉄心２及び締金具用当板５が略同一高さに配置されている。
　図２０はハイブリッド鉄心の支持状態を示し、支持板１２の中心部におけるハイブリッド鉄心変圧器１００の断面概略図である。
  図示していないが、アモルファス鉄心保護ケース９を中心に配置し、アモルファス鉄心保護ケース９の左右に、珪素鋼板鉄心２と締金具用当板５を当てがい、それらを締金具４によって挟み込む。これにより、ハイブリッド鉄心変圧器１００の機械的強度及び剛性を確保する。
　さらに、締金具４の下端面にアモルファス外側鉄心用支持梁１１をネジ等で固定することにより、アモルファス外側鉄心１を、絶縁板１４を介してアモルファス外側鉄心用支持梁１１の上端面で支持する。また、アモルファス内側鉄心１６は、絶縁板１４を介して巻線３の上端面で支持する。
　このように、アモルファス内側鉄心１６は、巻線３の上端面でアモルファス内側鉄心用支持板１３を介して支持される。一方、アモルファス外側鉄心１は、アモルファス外側鉄心用支持梁１１の上端面でアモルファス外側鉄心用支持板１２を介して支持される。そして、アモルファス外側鉄心１及びアモルファス内側鉄心１６で構成されるアモルファス鉄心の脚部の積層方向と珪素鋼板鉄心２の積層方向が直交して配置される。
　上述のように、実施例１では、アモルファス外側鉄心１とアモルファス内側鉄心１６には締め込む方向の応力は付与されないため、アモルファス鉄心の磁気損失が増加することを防止できる。
　実施例２では、アモルファス鉄心の支持構造の別の例を説明する。
　高電圧、大容量のハイブリッド鉄心変圧器１００においては、アモルファス内側鉄心１６の鉄心重量も大きくなるため、巻線３で支持することが困難になる。
　図２１は、支持梁１１でアモルファス内側鉄心１６とアモルファス外側鉄心１の両方を支持した場合の例である。アモルファス内側鉄心用支持板１３には、２つの仕切り板（吊り耳）があるため、この仕切り板の上端面で、絶縁板１４を介してアモルファス外側鉄心用支持板１２を支持する。
　このように、アモルファス内側鉄心１６は、支持梁１１の上端面でアモルファス内側鉄心用支持板１３を介して支持される。一方、アモルファス外側鉄心１は、アモルファス内側鉄心用仕切り板１３の上端面で支持される。
　実施例２の構造により、アモルファス鉄心の支持構造に対する鉄心重量の制約を解消することができる。
　なお、実施例１、２ともに、アモルファス鉄心を大小２分割した構造で説明したが、占積率をさらに向上させるため、分割数を３以上にしても良い。
　実施例３では、主脚用アモルファス鉄心保護ケースの別の例を説明する。
　図２２は、アモルファス鉄心保護ケース３１を、高強度の絶縁紙（プレスボード）で構成した場合の例である。図２３はその組立前の状態を示す。
　アモルファス鉄心保護ケース３１の側部は段が付いているため、その階段部（角部）と巻線の内周が干渉しないことが重要である。そこで、階段部（角部）はＲ形状としている。このＲ形状を高強度の絶縁紙で実現するためには、一枚の厚い絶縁紙を曲げて成形することは困難である。
　このため、１ｍｍ以下の比較的薄い絶縁紙を折り紙にように予め曲げておき、それを接着積層することで、曲げ板積層材３２を製作することができる。また、図２２に示すように、アモルファス鉄心保護ケース３１の内部の積層板材３３、３４の一部に切り欠きを設け、その切り欠き部にＬ型アングル３５を埋め込み、Ｌ型アングル３５を用いて、積層板材３３、３４を十字形状に固定する。
　図２４は、アモルファス鉄心保護ケースを、２分割の曲げ板積層材４２、４３で構成した場合の例である。図２５はその組立前の状態を示す。
  ２分割の曲げ板積層材４２、４３は分割部において接着することから、十分な接着面積を確保するため、一部をオーバーラップ（図示せず）又はステップラップさせて積層する。
　図２６は、アモルファス鉄心保護ケース５１を、曲げ板積層材５２と積層板材５３で構成した場合の例である。図２７はその組立前の状態を示す。
  曲げ板積層材５２と積層板材５３は分割部において接着することから、十分な接着面積を確保するため、一部をオーバーラップ（図示せず）又はステップラップさせて積層する。
　上記実施例によれば、アモルファス鉄心と珪素鋼板鉄心で構成されたハイブリッド鉄心変圧器において、アモルファス鉄心の占積率向上、アモルファス鉄心の保護及び磁気特性の確保が可能である。
１　アモルファス外側鉄心
２　珪素鋼板鉄心
３　巻線
４　締金具
５　締金具用当板
６　バインド用当板
７　バインド用当板
８　バインドテープ
９　主脚用アモルファス鉄心保護ケース
１０　側脚用アモルファス鉄心保護ケース
１１　アモルファス外側鉄心用支持梁
１２　アモルファス外側鉄心用支持板
１３　アモルファス内側鉄心用支持板
１４　アモルファス鉄心用受け
１５　スタッド
１６　アモルファス内側鉄心
２０　組立前のアモルファス外側鉄心
２１　アモルファス外側鉄心の内周側コーナー支持部
２２　アモルファス外側鉄心の仕切り板
２３　シャフト通し穴
３０　組立後のアモルファス外側鉄心
３１　主脚用アモルファス鉄心保護ケース
３２　曲げ板積層材
３３　積層板材
３４　積層板材
３５　Ｌ型アングル
４１　主脚用アモルファス鉄心保護ケース
４２　曲げ板積層材
４３　曲げ板積層材
５１主脚用アモルファス鉄心保護ケース
５２　曲げ板積層材
５３　積層板材
１００　ハイブリッド鉄心変圧器

Claims (15)

  1. 　電線を巻回して構成した筒状の巻線と、
    　前記巻線の中空部に配置されたアモルファス鉄心と、
    　前記アモルファス鉄心の外周部に配置された珪素鋼板鉄心と、
    　前記アモルファス鉄心と前記珪素鋼板鉄心の間の鉄心脚部に配置され、前記アモルファス鉄心を保護するためのアモルファス鉄心保護ケースと、
    　前記ケイ素鋼板鉄心を支持するための締金具と、
    　前記アモルファス鉄心を垂直方向に支持する支持梁と、を有するハイブリッド鉄心変圧器であって、
    　前記ハイブリッド鉄心変圧器の上部継鉄と下部継鉄において、前記アモルファス鉄心、
    　前記アモルファス鉄心保護ケース、前記珪素鋼板鉄心及び前記締金具が略同一高さに配置され、
    　前記支持梁は前記締金具の下端面で固定され、
    　前記アモルファス鉄心の積層方向と前記珪素鋼板鉄心の積層方向が直交して配置されることを特徴とするハイブリッド鉄心変圧器。
  2. 　前記ケイ素鋼板鉄心の最外周側に配置された当板を更に有し、
    　前記締金具は、前記当板を介して前記前記ケイ素鋼板鉄心を支持することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  3. 　前記当板を介して前記ケイ素鋼板鉄心を固定するためのバインドテープを更に有することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  4. 　前記アモルファス鉄心は、アモルファス磁性薄帯で形成され、
    　前記珪素鋼板鉄心は、珪素鋼板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  5. 　前記アモルファス鉄心は、アモルファス内側鉄心とアモルファス外側鉄心とで構成され、
    　前記アモルファス鉄心保護ケースの側部に段部を設けて、前記アモルファス内側鉄心の幅と前記アモルファス外側鉄心の幅が、前記アモルファス鉄心と前記珪素鋼板鉄心で構成される鉄心の脚部の断面が略円形になるようにそれぞれ定められていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  6. 　前記アモルファス外側鉄心の内側側面を保持するアモルファス外側鉄心用支持板と、
    　前記アモルファス外側鉄心用支持板の上部両側部に設けられた一対のアモルファス外側鉄心用仕切り板と、
    　前記アモルファス内側鉄心の内側側面を保持するアモルファス内側鉄心用支持板と、
    　前記アモルファス内側鉄心用支持板の上部両側部に設けられた一対のアモルファス内側鉄心用仕切り板と、を更に有し、
    　前記アモルファス外側鉄心は、前記アモルファス外側鉄心用支持板と前記アモルファス外側鉄心用仕切り板により支持され、
    　前記アモルファス内側鉄心は、アモルファス内側鉄心用支持板と前記アモルファス内側鉄心用仕切り板により支持されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  7. 　前記アモルファス内側鉄心は、前記巻線の上端面で前記アモルファス内側鉄心用支持板を介して支持され、
    　前記アモルファス外側鉄心は、前記支持梁の上端面で前記アモルファス外側鉄心用支持板を介して支持されることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  8. 　前記アモルファス内側鉄心は、前記支持梁の上端面で前記アモルファス内側鉄心用支持板を介して支持され、
    　前記アモルファス外側鉄心は、前記アモルファス内側鉄心用仕切り板の上端面で支持されることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  9. 　前記アモルファス外側鉄心用仕切り板と前記アモルファス内側鉄心用仕切り板に貫通する貫通穴をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  10. 　前記アモルファス外側鉄心及び前記アモルファス内側鉄心の内側隅部には、それぞれＲ部が設けられており、
    　前記アモルファス外側鉄心用支持板及び前記アモルファス内側鉄心用支持板の両端部は、前記Ｒ部を支持するためにＲ状に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  11. 　前記アモルファス鉄心保護ケースの内部は、前記アモルファス外側鉄心及び前記アモルファス内側鉄心をそれぞれ保護するために分割されていることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  12. 　前記アモルファス鉄心保護ケースの側部は、段の付いた曲げ板材を積層して構成され、
    　前記アモルファス鉄心保護ケースの内部は、前記曲げ板材を積層した曲げ板積層材で構成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  13. 　前記曲げ板積層材は分割部を有するように分割されており、
    　前記分割部において、前記曲げ板積層材の積層部の一部が互いにオーバーラップしていることを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  14. 　前記アモルファス鉄心保護ケースの側部が、前記曲げ板積層材と前記積層板材で構成され、
    　前記曲げ板積層材と前記積層板材は分割部を有するように分割されており、
    　前記分割部において、前記曲げ板積層材と前記積層板材の積層部の一部が互いにオーバーラップしていることを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
  15. 　前記積層板材の一部に切り欠き部を設け、
    　前記切り欠き部にＬ型アングルを埋め込むことにより前記曲げ板積層材を互いに固定することを特徴とする請求項１２に記載のハイブリッド鉄心変圧器。
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