WO2020071512A1 - 巻鉄心及び変圧器 - Google Patents

巻鉄心及び変圧器

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WO2020071512A1
WO2020071512A1 PCT/JP2019/039206 JP2019039206W WO2020071512A1 WO 2020071512 A1 WO2020071512 A1 WO 2020071512A1 JP 2019039206 W JP2019039206 W JP 2019039206W WO 2020071512 A1 WO2020071512 A1 WO 2020071512A1
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steel sheet
electromagnetic steel
core
core member
laminate
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茂木　尚
崇人 水村
史明 高橋
輝幸 玉木
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日本製鉄株式会社
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets

Definitions

  • the present invention relates to a wound iron core and a transformer.
  • the wound core is used as a magnetic core of a transformer (transformer), a reactor, a noise filter, or the like.
  • transformers Conventionally, in transformers, low iron loss has been one of the important issues from the viewpoint of high efficiency, and low iron loss has been studied from various viewpoints.
  • Patent Document 1 discloses a rectangular annular wound core made of a laminated body of electromagnetic steel sheets and having a joint, a winding wound around at least one of the columnar portions of the wound core, and a columnar portion having a joined portion. And a tension applying member for applying a circumferential tension to at least one columnar portion of the wound iron core.
  • Patent Document 2 discloses a wound core having a winding thickness of 40 mm or more in which a plurality of directional electromagnetic steel sheets annular in a side view are stacked in a plate thickness direction, and an inner core disposed on an inner surface side, and an inner core.
  • the outer core is disposed on the outer surface side of the inner core, the winding thickness of the inner core is a predetermined dimension, the grain-oriented electrical steel sheet forming the inner core of the grain-oriented electrical steel sheet is a metal containing twins
  • Disclosed is a wound iron core having a plurality of bent portions formed in a curved shape in a side view, wherein the outer core has a higher space factor of the grain-oriented electrical steel sheet than the inner core. .
  • Patent Document 3 a thin plate-shaped magnetic material is formed by cutting out an electromagnetic steel sheet into a substantially trapezoidal shape, a substantially trapezoidal quadrilateral shape, a substantially pentagonal shape, and the like. It is disclosed that one layer of a laminated iron core is constituted by arranging on a plane to be formed and abutting surfaces in a thickness direction with each other. Patent Document 3 discloses a configuration in which a gap having a certain width is formed at an abutting portion, and a patch-shaped magnetic material is fixed so as to cover the front surface of the gap.
  • Patent Document 4 in a separation type transformer including a fixed iron core and a movable iron core, in order to prevent a leakage magnetic flux, a configuration in which a holding plate is closely attached around a joint between the fixed iron core and the movable iron core. Is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide a wound iron core and a transformer with reduced iron loss.
  • the present inventors have conducted intensive studies and focused on iron loss caused by a bent portion in a wound iron core. That is, in the bent portion, the magnetic permeability decreases and the iron loss increases. Further, in these portions, leakage magnetic flux is generated, and iron loss increases due to eddy current generated by the leakage magnetic flux.
  • the present inventors for the purpose of suppressing iron loss about such a bent portion, by providing a new magnetic path on the side surface of the bent portion or the bent portion in the wound core, to suppress the leakage magnetic flux, and, It has been found that by suppressing eddy currents generated in portions other than the magnetic path, iron loss is reduced. As a result of further investigation, the present invention has been reached.
  • the gist of the present invention completed based on the above findings is as follows.
  • a core member formed by winding a first electromagnetic steel sheet, being annular as viewed from the side, and having one or more bent portions as viewed from the side;
  • the laminate is arranged such that a surface formed by a side surface of the second electromagnetic steel sheet is aligned with at least one of a surface formed by a side surface of the first electromagnetic steel plate in the bent portion of the core member.
  • Winding iron core (2) The wound iron core according to (1), wherein the direction of the laminated surface of the second electromagnetic steel sheet of the laminate is along the direction of the laminated surface of the first electromagnetic steel sheet of the core member.
  • a core member formed by winding the first electromagnetic steel sheet being annular as viewed from the side, and having one or more bent portions as viewed from the side;
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a wound core according to an embodiment of the present invention. It is the top view which looked at the core member with which the winding core shown in FIG. 1 was provided from the side of the electromagnetic steel plate.
  • FIG. 2 is a partially enlarged plan view illustrating a part of a side surface of the core member for describing an example of an arrangement of a core member and a laminate included in the wound core illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an arrangement of a laminate provided in the wound core shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating an example of a method of attaching a laminate included in the wound core illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a state where a magnetic flux passes through a core member when a laminate is not provided.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state where a laminate is arranged so as to cover a strain region with respect to FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross section taken along a dashed-dotted line II ′ shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example in which a region on the side of the rectangular laminate illustrated in FIG. 3 is cut at a position outside a corner. It is a schematic diagram which shows the example which made the 2nd electromagnetic steel plate which comprises a laminated body into an arc shape.
  • the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel plates with respect to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel plates, is a characteristic diagram showing the relationship between iron loss of the core member.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a wound core according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a core member included in the wound iron core shown in FIG. 1 as viewed from a side surface of an electromagnetic steel sheet.
  • FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing a part of a side surface of the core member for describing an example of an arrangement of a core member and a laminate provided in the wound core shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the arrangement of the laminate provided in the wound core shown in FIG. 1.
  • the core member 1 is formed by winding the first electromagnetic steel sheet 20, is annular when viewed from the side, and has one or more bent portions 22 when viewed from the side; At least one of the side surfaces of the first electromagnetic steel sheet 20 in the core member 2, wherein the second electromagnetic steel sheet 30 has a plurality of stacked bodies 3 on which the second electromagnetic steel sheet 30 is stacked.
  • the surface formed by the side surface of the electromagnetic steel plate 30 is arranged along the surface formed by the side surface of the first electromagnetic steel plate 20 in the bent portion 22.
  • the wound core 1 is formed in an octagon as a whole.
  • the wound core 1 includes a core member 2, a laminate 3, and a jig 4.
  • the core member 2 is a wound body formed by winding a belt-shaped first electromagnetic steel sheet 20, and has one or more bent portions 22. Specifically, the core member 2 is bent so that the side surface of the first electromagnetic steel sheet 20 forms four corners 23 at the innermost circumference, and forms a square shape. Is bent at the corner 23 of the innermost first electromagnetic steel sheet 20 and wound so that two corners 24 are formed. As a result, when viewed from the side of the first electromagnetic steel sheet 20, the core member 2 forms an octagon having eight corners 24 on the outer periphery, while the four corners 23 are formed on the inner periphery. Have a square shape. The core member 2 is formed on a straight side 21 along the straight portion of the innermost first electromagnetic steel sheet 20, a corner 23 on the innermost periphery, and an outer peripheral side of the corner 23. And four bent portions 22 each having two corner portions 24.
  • the thickness of the first electromagnetic steel sheet 20 can be, for example, 0.20 mm or more and 0.40 mm or less.
  • a thin electromagnetic steel sheet as the first electromagnetic steel sheet 20
  • eddy currents are less likely to be generated in the thickness plane of the first electromagnetic steel sheet 20
  • eddy current loss among iron losses can be reduced.
  • the thickness of the first magnetic steel sheet 20 is preferably 0.18 mm or more and 0.35 mm or less, and more preferably 0.18 mm or more and 0.27 mm or less.
  • the first magnetic steel sheet 20 for example, an existing grain-oriented magnetic steel sheet or an existing non-oriented magnetic steel sheet can be used.
  • the first magnetic steel sheet 20 is a grain-oriented magnetic steel sheet.
  • the first electromagnetic steel sheets 20 that are wound and form a layer are insulated from each other.
  • the surface of the first electromagnetic steel sheet 20 be subjected to insulation treatment. Since the layers of the first electromagnetic steel sheet 20 are insulated, eddy current is less likely to be generated in the thickness plane of the first electromagnetic steel sheet 20, and eddy current loss can be reduced. As a result, it is possible to further reduce the iron loss of the wound core 1.
  • the surface of the first magnetic steel sheet 20 is preferably subjected to an insulating treatment using an insulating coating solution containing colloidal silica and phosphate.
  • Laminated body 3 is formed by laminating a plurality of plate-shaped second electromagnetic steel sheets 30.
  • the laminate 3 contacts at least one of the side surfaces of the bent portion 22 with the side surface of the second electromagnetic steel plate 30 of the laminate 3 contacting the side surface of the first electromagnetic steel plate 20 of the bent portion 22 while maintaining insulation. It is arranged along.
  • the magnetic flux passing through the core member 2 easily leaks from the bent portion of the first electromagnetic steel sheet 20 at the bent portion, and the larger the first electromagnetic steel sheet 20 is bent, the more easily the magnetic flux leaks.
  • the first electromagnetic steel sheet 20 is largely bent at a straight line portion connecting the corner 23 and the corner 24, the magnetic flux passing through the core member 2 easily leaks at such a portion.
  • the laminate 3 is arranged on at least one of the side surfaces of the bent portion 22 such that the side surface of the second electromagnetic steel plate 30 of the laminate 3 is along the side surface of the first electromagnetic steel plate 20 of the bent portion 22. Therefore, the leakage magnetic flux generated at the bent portion 22 can pass through the laminated body 3 from one side 21 and then pass through the other side 21 connected to the laminated body 3. As a result, it is possible to reduce iron loss occurring in the wound core 1.
  • the laminated body 3 is disposed on both side surfaces of the bent portion 22, so that iron loss can be further reduced.
  • the laminate 3 and the core member 2 are insulated.
  • an insulating sheet between the laminate 3 and the core member 2.
  • various known insulators such as natural rubber, epoxy resin, polyvinyl chloride or polyurethane insulating material can be used.
  • the angle ⁇ of the laminated surface of the second electromagnetic steel sheets 30 in the laminated body 3 is arranged to be 45 degrees or more and 90 degrees or less.
  • the angle ⁇ is equal to or greater than 45 degrees and equal to or less than 90 degrees, the second electromagnetic steel sheet 30 becomes a magnetic path of the leakage magnetic flux generated in the bent portion 22, and thus the eddy current generated in portions other than the magnetic path is further suppressed.
  • the angle of the laminated surface of the electromagnetic steel sheets in the laminated body is not less than 75 degrees and not more than 90 degrees.
  • Laminate 3 is arranged, for example, in FIG. 3 such that the lamination surface of second electromagnetic steel sheet 30 is at 90 degrees with respect to straight line L.
  • the second electromagnetic steel sheet 30 serves as a magnetic path of the leakage magnetic flux generated in the bent portion 22, so that eddy current generated in a portion other than the magnetic path is suppressed. As a result, iron loss is reduced.
  • the thickness T2 of the second magnetic steel sheet 30 is not particularly limited. However, the thickness T2 of the second magnetic steel sheet 30 can preferably be the same as the thickness T1 of the first magnetic steel sheet 20, or can be equal to or less than the thickness T1 of the first magnetic steel sheet 20. By making the thickness T2 of the second magnetic steel sheet 30 smaller than the thickness T1 of the first magnetic steel sheet 20, the leakage magnetic flux generated at the bent portion 22 of the core member 2 passes through the laminate 3 more efficiently. Become.
  • the thickness is smaller than 1 , the eddy current loss is reduced, and the loss in the laminate 3 is suppressed. This makes it possible to further reduce the eddy current loss caused by the leakage magnetic flux. As a result, it is possible to further reduce the iron loss of the wound core 1. Therefore, preferably, the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel plates 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel plates 20 is 1.0 or less. On the other hand, in consideration of the range of plate thickness that can be manufactured, the lower limit of T 2 / T 1 is about 0.5.
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel sheet 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel sheet 20 and the core loss of the core member 2.
  • FIG. 13 shows characteristics when a 25 kVA and 75 kVA transformer is manufactured using the wound iron core 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 13, in any of the transformers of 25 kVA and 75 kVA, the iron loss increases as the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel sheet 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel sheet 20 decreases. Was obtained. Therefore, it is preferable to make the value of T 2 / T 1 as small as possible.
  • the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel sheet 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel sheet 20 is preferably 1.0 or less.
  • the second magnetic steel sheet 30 may be the same or different from the first magnetic steel sheet 20.
  • the second electromagnetic steel sheet 30 for example, an existing grain-oriented electrical steel sheet or an existing non-oriented electrical steel sheet can be used.
  • the second magnetic steel sheet 30 is a grain-oriented magnetic steel sheet.
  • the second electromagnetic steel sheets 30 are insulated from each other.
  • the surface of the electromagnetic steel sheets is preferably subjected to an insulation treatment. Since the lamination of the second electromagnetic steel sheets 30 is insulated, eddy currents are less likely to occur in the thickness plane of the second electromagnetic steel sheets 30, and eddy current loss can be further reduced. Becomes As a result, it is possible to further reduce the iron loss of the wound core 1.
  • the surface of the second electromagnetic steel sheet 30 is preferably subjected to an insulation treatment using an insulating coating solution containing colloidal silica and phosphate.
  • the laminated body 3 may have a through-hole penetrating the laminated body 3 from the side as needed.
  • the stack 3 is fixed to the core member 2 by inserting a stopper such as a bolt of the jig 4 into the through hole.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing an example of a method of attaching the laminate provided in the wound iron core shown in FIG.
  • the jig 4 has a support column 41, a fixing plate 42, an outer plate 43, an inner plate 44, a bolt 45, and a nut 46.
  • support pillars 41 that support the laminate 3 are arranged on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the bent portion 22. Further, a fixed plate 42 disposed so as to sandwich the bent portion 22 and the laminate 3, an outer plate 43 disposed on the outer peripheral side of the core member 2, and an inner plate disposed on the inner peripheral side of the core member 2 44, the laminate 3 is fixed to the bent portion 22.
  • the laminate 3 has a through-hole into which the bolt 45 is inserted, and the support column 41 and the fixing plate 42 have through-holes at positions corresponding to the through-holes of the laminate 3.
  • Bolts 45 are inserted into the through holes of the laminate 3, the through holes of the support columns 41, and the through holes of the fixing plate 42, and nuts 46 are fastened to the ends of the bolts 45.
  • the outer plate 43 and the inner plate 44 have a plurality of through holes respectively corresponding to the plate thickness direction, the bolt 45 is inserted into these corresponding through holes, and the nut 46 is connected to an end of the bolt 45. Is concluded.
  • the bolt 45 may be one whose surface is insulated at least.
  • the bolt 45 may be made of an insulator such as a ceramic.
  • the laminate 3 is fixed to the side surface of the core member 2 without conduction between the core member 2 and the laminate 3 by the bolt 45.
  • the material of the bolt 45 is preferably a non-magnetic material. By making the material of the bolt 45 a non-magnetic material, it is possible to prevent leakage magnetic flux from entering the bolt 45 and generating an eddy current.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state where a magnetic flux passes through the core member 2 when the laminate 3 is not provided.
  • the first electromagnetic steel sheet 20 of the core member 2 is bent at the corner 24, and distortion occurs at the corner 24.
  • a strain region 50 is formed in the core member 2 along the positions of the two corners 24.
  • Arrows A1, A2, and A3 shown in FIG. 8 schematically show how the magnetic flux leaks when the magnetic flux passes through the strain region 50.
  • the thickness of each of the arrows A1, A2, and A3 indicates the magnitude of the magnetic flux.
  • the magnetic flux leaks, so that the magnitude of the magnetic flux decreases, and iron loss occurs.
  • FIG. 9 shows a state where the stacked body 3 is arranged so as to cover the strain region 50 with respect to FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a cross section taken along a dashed line II ′ shown in FIG. 9, and is a schematic diagram schematically showing a state where a magnetic flux passes through a cross section taken along a dashed line II ′. is there.
  • the flow of the magnetic flux is indicated by arrows.
  • the laminate 3 covers the strain region 50 corresponding to the corner 24
  • the magnetic flux passes through the laminate 3 at the position of the corner 24.
  • the laminated body 3 is formed by laminating a plurality of plate-shaped second electromagnetic steel sheets 30, and the adjacent second electromagnetic steel sheets 30 are preferably insulated from each other. Therefore, eddy current loss when a magnetic flux passes through the multilayer body 3 is suppressed. Thereby, the core loss of the wound core 1 is reduced.
  • FIG. 10 illustrates an example in which the laminate 3 is disposed on both side surfaces of the core member 2, the laminate 3 may be disposed on at least one side surface of the core member 2.
  • the metal plate is disposed on the side surface of the core member 2, so that the first electromagnetic steel sheet 20 is laminated.
  • the surfaces are short-circuited, and the insulation between the first electromagnetic steel sheets 20 cannot be maintained. Therefore, a large eddy current flows through the cross section of the first magnetic steel sheet 20, and the loss (eddy current loss) increases. Even if the metal plate and the core member 2 are insulated, the eddy current loss increases because the magnetic flux passes through a large cross section of the metal plate.
  • the laminated body 3 is formed by laminating the plurality of plate-shaped second electromagnetic steel sheets 30, and the second electromagnetic steel sheets 30 of the laminated body 3 are insulated from each other, so that the magnetic flux is increased. Pass through a smaller cross section, and eddy current loss is reliably reduced. Therefore, the core loss of the wound core 1 is reduced.
  • FIG. 3 shows the rectangular laminate 3, but the laminate 3 covers a region including the triangle having the corner 23 as the apex and the corner 24 as the side of the first electromagnetic steel sheet 20, and the periphery thereof.
  • a substantially V-shaped shape may be used.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example in which the region on the side 21 side of the rectangular laminate 3 illustrated in FIG. 3 is cut at a position outside the corner 24.
  • the ends of the laminate 3 on the two sides 21 are offset from the corners 24 by a predetermined amount D.
  • the leakage flux is captured in a region of a predetermined amount D closer to the side 21 than the corner 24.
  • the predetermined amount D is increased, the leakage magnetic flux is more reliably captured, but the manufacturing cost of the multilayer body 3 increases because the area of the multilayer body 3 increases.
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example in which the second electromagnetic steel sheet 30 constituting the laminate 3 is formed in an arc shape.
  • the ends on the two sides 21 of the laminate 3 are offset from the corners 24 by a predetermined amount D.
  • the second electromagnetic steel sheet 30 By forming the second electromagnetic steel sheet 30 into an arc shape, the second electromagnetic steel sheet 30 extends in a direction along the first electromagnetic steel sheet 20 in a region closer to the side 21 than the corner 24. become.
  • the direction of the second electromagnetic steel sheet 30 is greater in the configuration of FIG. You will get closer. Therefore, the laminated body 3 can more reliably supplement the leakage magnetic flux.
  • the wound core 1 As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce iron loss occurring in the wound core 1. Further, with the wound core 1 according to the present embodiment, it is possible to suppress noise of a transformer manufactured using the wound core 1. That is, the laminate 3 is arranged on at least one of the side surfaces of the bent portion 22 such that the side surface of the second electromagnetic steel plate 30 of the laminate 3 is along the side surface of the first electromagnetic steel plate 20 of the bent portion 22. Therefore, the leakage magnetic flux generated at the bent portion 22 can pass through the laminated body 3 from one side 21 and then pass through the other side 21 connected to the laminated body 3. As a result, it is possible to reduce noise generated in the wound core 1.
  • the wound iron core according to the present embodiment is applicable to a transformer.
  • the transformer according to the present embodiment includes the wound core according to the present embodiment, a primary winding, and a secondary winding.
  • a magnetic flux is generated in the wound core according to the present embodiment, and a change in the generated magnetic flux generates a voltage in the secondary winding.
  • the laminated body of the wound iron core is arranged on at least one of the side surfaces of the bent portion, the side surface of the second electromagnetic steel sheet of the laminated body is arranged along the side surface of the first electromagnetic steel sheet of the bent portion.
  • leakage of the magnetic flux generated in the wound core according to the present embodiment to the outside of the wound core is suppressed. As a result, it is possible to reduce iron loss occurring in the wound core, and to suppress noise of the transformer.
  • the outer periphery of the side surface of the core member is octagonal
  • the outer periphery of the side surface of the core member may be polygonal, rounded square, oval, elliptical, or the like.
  • the bent portion is located between one adjacent side and the other side, and the extending direction of the first electromagnetic steel sheet on one side and the first electromagnetic steel sheet on the other side. Is a portion where the first electromagnetic steel sheet is bent and laminated.
  • FIG. 6 is an enlarged plan view illustrating a part of a side surface of the core member for describing another example of the bent portion in the core member according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged plan view illustrating a part of a side surface of the core member for describing another example of the bent portion in the core member according to the present embodiment.
  • the first magnetic steel sheet 20 in the bent portion 22A shown in FIG. 6 is in the extending direction of the first magnetic steel sheet 20 in one side 21A and the first magnetic steel sheet 20 in the other side 21A.
  • the first electromagnetic steel sheet 20 is bent so as to have three corners 24A on its outer periphery.
  • the core member 2A forms a dodecagon having twelve corners 24A on its outer periphery when viewed from the side of the first electromagnetic steel sheet 20.
  • the first electromagnetic steel plate 20 is bent at a straight line portion connecting the corner 23A and the corner 24A, the magnetic flux passing through the core member 2 easily leaks at that portion.
  • the side surface of the second electromagnetic steel sheet 30 of the laminated body is aligned with the side surface of the first electromagnetic steel sheet 20 of the bent part 22A on at least one of the side surfaces of the bent portion 22A.
  • the leakage magnetic flux generated at the bent portion 22A can pass through the laminated body according to the present embodiment from one side 21A, and then pass through the other side 21A connected to the laminated body. As a result, it is possible to reduce iron loss generated in the wound core.
  • the core member 2B shown in FIG. 7 is formed such that the first electromagnetic steel sheet 20 is bent and wound, and the bent portion 22B has an arc shape.
  • the bent portion 22B is a region where the arc-shaped first electromagnetic steel sheets 20 are stacked. Magnetic flux passing through the core member 2B easily leaks from the bent portion 22B.
  • the side surface of the second electromagnetic steel plate 30 of the laminated body is along the side surface of the first electromagnetic steel plate 20 of the bent portion 22B.
  • the leakage magnetic flux generated at the bent portion 22B can pass through the laminated body according to the present embodiment from one side 21B and then pass through the other side 21B connected to the laminated body. As a result, it is possible to reduce iron loss generated in the wound core.
  • the case where the side surface inner periphery of the core member is square is described, but the present invention is not limited to this, and the side surface inner periphery of the core member is polygonal, rounded square, oval, Alternatively, the shape can be elliptical or the like.
  • the inner periphery of the side surface of the core member can have a shape corresponding to the shape of the outer periphery of the side surface.For example, when the outer periphery of the side surface of the core member is octagonal, the inner periphery of the side surface can be octagonal.
  • the inner periphery of the side surface of the member When the outer periphery of the side surface of the member is rounded square, the inner periphery of the side surface can be rounded square.
  • the inner periphery of the side surface of the core member may have a shape different from the outer periphery of the side surface of the core member.
  • the bent portion is located between one adjacent side and the other side, and the first electromagnetic steel sheet on one side and the other side on the other side. This is a portion where the first electromagnetic steel sheet is bent and stacked in the extending direction of the first electromagnetic steel sheet.
  • the first electromagnetic steel sheet forming the side of the core member is linear.
  • the first electromagnetic steel sheet forming the side of the core member is not linear. Or it may be curved.
  • a portion having a large curvature in the core member can be a bent portion, and a portion having a small curvature can be a side portion.
  • the shape of the core member whose side is curved is, for example, circular or elliptical.
  • the shape of the laminate is a square plate
  • the shape of the laminate is not particularly limited, and may be a shape corresponding to the shape of the side surface of the bent portion. it can.
  • the laminate is a laminate of the second electromagnetic steel sheets on the flat plate
  • the second magnetic steel plate is not limited to the flat plate, but is a curved one. Is also good.
  • a laminate formed using the curved second electromagnetic steel sheet can be arranged on the side surface of the bent portion.
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and for example, a treatment for fixing the laminated body without the through-hole to the core member.
  • a tool may be used, and instead of the jig, an existing various adhesive may be used to bond the laminate to the side surface of the core member.
  • an adhesive it is preferable that the adhesive has an insulating property.
  • a grain-oriented magnetic steel sheet having a thickness of 0.23 mm was wound to produce a core member having bent portions at four corners.
  • the wound core was manufactured by arranging them in parallel, and a transformer was manufactured using the wound core.
  • Table 1 shows the capacity of each manufactured core, the shape of the core member, the total weight of the transformer, the weight of the core member 2 made of the first magnetic steel sheet 20, the core dimensions (length, width, lamination thickness, width), and iron loss.
  • Table 3 shows a beat sound, and a value of the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second magnetic steel sheet 30 to the thickness T 1 of the first magnetic steel sheet 20.
  • the total weight of the transformer is the total weight including the case, the winding, the core member 2, the laminate 3, and the like.
  • a core member having bent portions at four corners was produced by winding a grain-oriented electrical steel sheet having a thickness of 0.23 mm in the same manner as in the example, and a laminated core was not disposed to obtain a wound core.
  • 6 and Comparative Examples 7 and 8 in which a laminated body was arranged and T 2 / T 1 was set to 1.0 or more to form a wound core. Then, a transformer was manufactured using the wound core.
  • the transformer as an example differs from the transformer as a comparative example in the presence or absence of a laminate.
  • Example 1 and Comparative Example 1 have the same conditions except for the presence or absence of a laminate.
  • Examples 2 to 6 have the same conditions as Comparative Examples 2 to 6 except for the presence or absence of a laminate.
  • Comparative Examples 7 and 8 when the laminated body was provided, the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel sheet 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel sheet 20 was different from the embodiment. An example is shown.
  • the Comparative Example 7 and Example 1, the second ratio T 2 / T 1 other than conditions of the thickness T 2 of the electromagnetic steel sheets 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel plates 20 are common.
  • Example 6 and Comparative Example 8 have the same conditions except for the ratio T 2 / T 1 of the thickness T 2 of the second electromagnetic steel sheet 30 to the thickness T 1 of the first electromagnetic steel sheet 20.
  • the rounded square shape is a shape having no bent portion at a corner portion and bent with a certain curvature, for example, a shape shown in FIG. Iron loss (no-load loss) and sound pressure were measured based on JEC-2200.
  • Example 1 Comparing Example 1 with Comparative Example 1, the iron loss of Example 1 was 28.1 W, which was smaller than 30.9 W of the iron loss of Comparative Example 1.
  • the value of the sound pressure of Example 1 was 40.0 dB, which was smaller than the value of the sound pressure of Comparative Example 1 of 44.0 dB.
  • the examples 2 to 6 were compared with the comparative examples 2 to 6, respectively, the values of the iron loss and the sound pressure were smaller in the transformer of the example in each case.
  • Example 1 when comparing Example 1 and Comparative Example 7, the iron loss of Example 1 was 28.1 W, which was smaller than the iron loss of Comparative Example 7 of 29.8 W.
  • the value of the sound pressure of Example 1 was 40.0 dB, which was smaller than the value of the sound pressure of Comparative Example 7 of 42.1 dB.
  • Example 6 Comparing Example 6 with Comparative Example 8, the iron loss of Example 6 was 47.2 W, which was smaller than the iron loss of Comparative Example 8 of 50.3 W.
  • the value of the sound pressure of Example 6 was 47.2 dB, which was smaller than the value of the sound pressure of Comparative Example 8 of 50.3 dB.

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

巻鉄心及び変圧器
　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Ｔ１、前記第２の電磁鋼板の厚みをＴ２とした時、Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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ＭＩと、屈曲部２２における側面外周の中点ＭＯ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Ｔ２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Ｔ２は、好ましくは、第１の電磁鋼板２０の厚みＴ１と同一、または第１の電磁鋼板２０の厚みＴ１以下とすることができる。第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２を第１の電磁鋼板２０の厚みＴ１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Ｔ２が、コア部材２の第１の電磁鋼板２０の厚みＴ１と同じか、またはコア部材２の第１の電磁鋼板２０の厚みＴ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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，Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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、Ｔ２／Ｔ１の値はできるだけ小さくすることが好ましい。Ｔ２／Ｔ１が１．０以下になると、Ｔ２／Ｔ１が１．０よりも大きい場合に比べて、Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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Ｔ１に対する第２の電磁鋼板３０の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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 (10)

  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、請求項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、請求項１又は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、請求項１～３のいずれか１項に記載の巻鉄心。
  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、請求項１～４のいずれか１項に記載の巻鉄心。
  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、請求項１～５のいずれか１項に記載の巻鉄心。
  7. 　前記第１の電磁鋼板の厚みをＴ１、前記第２の電磁鋼板の厚みをＴ２とした時、Ｔ２／Ｔ１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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
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