特開 2023-43934 鉄心構造及び変圧器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023043934

(43)【公開日】2023-03-30

(54)【発明の名称】鉄心構造及び変圧器

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/24 20060101AFI20230323BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

H01F27/24 H

H01F27/24 E

H01F30/10 A

H01F30/10 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021151686

(22)【出願日】2021-09-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】高橋 慎矢

(57)【要約】

【課題】フェライトコアからなる鉄心の巻線巻回部と非巻線巻回部との接合部の内周側への磁束集中及び鉄損の緩和を図る。
【解決手段】変圧器１は、フェライトコア２１～２５からなる中空角柱状の鉄心２と、この鉄心２に巻回される一次巻線３及び二次巻線４を備える。巻線巻回部２６と非巻線巻回部２７との接合部である鉄心２の角部２８は横断面の異なる複数のフェライトコア２１～２５が配置及び一方向に積層されて成る。前記横断面は鉄心２の外周側から内周側に連れて小さくなる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フェライトコアからなる鉄心の巻線巻回部と非巻線巻回部との接合部において横断面の異なる前記フェライトコアが配されることを特徴とする鉄心構造。

【請求項2】

前記横断面は前記鉄心の外周側から内周側にかけて小さくなることを特徴とする請求項１に記載の鉄心構造。

【請求項3】

請求項１または２に記載の鉄心構造を有する変圧器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波大容量の変圧器の鉄心、特に、フェライトコアからなる鉄心の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

大容量の変圧器の鉄心は、一般的に、例えばフェライトコアからなる板状の磁性体を額縁状に配置したものを一方向に積層した構造を成す（特許文献１，２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実全昭５８－１２９１５号公報

【特許文献2】特開平５－３２６２８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フェライトコアが積層された鉄心は、隣り合うフェライトコアのギャップ（間隙）に起因する磁気抵抗により、特に鉄心の巻線巻回部と非巻線巻回部との接合部における磁束が鉄心の内周側に集中し、また、鉄損も当該内周側に集中して起こる。

【0005】

本発明は、以上の事情を鑑み、フェライトコアからなる鉄心の巻線巻回部と非巻線巻回部との接合部の内周側への磁束集中及び鉄損の緩和を図ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

そこで、本発明の一態様は、鉄心構造であって、フェライトコアからなる鉄心の巻線巻回部と非巻線巻回部との接合部は横断面の異なる前記フェライトコアが配される。

【0007】

本発明の一態様は、前記鉄心構造において、前記横断面は前記鉄心の外周側から内周側にかけて小さくなる。

【0008】

本発明の一態様は、上記の鉄心構造を有する変圧器である。

【発明の効果】

【0009】

以上の本発明によれば、フェライトコアからなる鉄心の巻線巻回部と非巻線巻回部との接合部の内周側への磁束集中及び鉄損の緩和を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態１の変圧器における鉄心構造の横断面図。

【図2】変圧器の鉄心の外層、中層及び内層を模した磁気回路の磁気抵抗の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0012】

図１に示された実施形態１の鉄心構造は例えば内鉄形の変圧器１に適用される。

【0013】

変圧器１は、フェライトコア２１～２５からなる鉄心２と、この鉄心２に巻回される一次巻線３及び二次巻線４を備える。

【0014】

鉄心２は、例えば同図に示したように、直方体状若しくは長板状のフェライトコア２１～２５が額縁状に配置されたものがさらに一方向に積層されて中空角柱状を成す。

【0015】

一次巻線３，二次巻線４が各々券回される鉄心２のレグ部に相当する巻線巻回部２６、並びに、一次巻線３，二次巻線４が券回されない鉄心２のヨーク部に相当する非巻線巻回部２７は、同一寸法のフェライトコア２１が配置及び一方向に積層されて成る。隣接のフェライトコア２１は鉄心製造分野において周知の接着法により接着される。

【0016】

巻線巻回部２６と非巻線巻回部２７との接合部である鉄心２の角部２８は、鉄心２の軸方向と直交する横断面の異なる複数のフェライトコア２１～２５が配置及び一方向に積層されて成る。前記横断面は鉄心２の外周側から内周側に連れて小さくなる。尚、隣接のフェライトコア２１～２５も前記周知の接着法により接着される。

【0017】

図１に例示された三層の鉄心２の場合、接合部２９は横断面の形状が略正方形を成す。そして、この接合部２９の外層ＯＵＴ（図２）には、通常寸法の横断面長方形のフェライトコア２１及び当該通常寸法の略２／３である横断面長方形のフェライトコア２２が配される。さらに、外層ＯＵＴよりも内周側の中層ＣＥＮ（同図）には、フェライトコア２１の略１／３若しくは略１／３～４／５の横断面のフェライトコア２３，２４が配される。そして、中層ＣＥＮよりも内周側の内層ＩＮ（同図）には、フェライトコア２１の略１／３若しくは略１／１０の横断面のフェライトコア２４，２５が配される。

【0018】

特に、フェライトコア２１～２５は、鉄心２の内層ＩＮ、中層ＣＥＮ及び外層ＯＵＴの磁気抵抗が略均等となるように配置及び積層される。すなわち、図２に例示した三層の鉄心２の内層ＩＮの磁気抵抗Ｒｍ＿ＩＮ、中層ＣＥＮの磁気抵抗Ｒｍ＿ＣＥＮ及び外層ＯＵＴの磁気抵抗Ｒｍ＿ＯＵＴは、以下の式（１）～式（３）により示される（但し、μ：鉄心２の透磁率、ｌ_IN：内層ＩＮの磁路の長さ、ｌ_CEN：中層ＣＥＮの磁路の長さ、ｌ_OUT：外層ＯＵＴの磁路の長さ、Ｓ：前記磁路の横断面積、μ₀：真空の透磁率、ｌ_gap：内層ＩＮ，中層ＣＥＮ，外層ＯＵＴにおいて隣接するフェライトコア２１～２５のギャップの長さ、Ｓ_gap：前記ギャップの断面積）。

【0019】

【数1】

【0020】

【数2】

【0021】

【数3】

【0022】

通常の磁気抵抗Ｒｍ＿ＯＵＴ、磁気抵抗Ｒｍ＿ＣＥＮ及び磁気抵抗Ｒｍ＿ＩＮは、以下の式（４）により示される。

【0023】

【数4】

【0024】

磁気抵抗Ｒｍ＿ＯＵＴ、磁気抵抗Ｒｍ＿ＣＥＮ及び磁気抵抗Ｒｍ＿ＩＮは、フェライトコア２１～２５の磁気抵抗よりも、隣接するフェライトコア２１～２５のギャップの磁気抵抗が大きいので、当該ギャップの長さ及び数の調整により略均等に調整される。特に、磁気抵抗率μ（φ）は磁束φの関数であるので、磁気抵抗Ｒｍ＿ＯＵＴ、磁気抵抗Ｒｍ＿ＣＥＮ及び磁気抵抗Ｒｍ＿ＩＮは以下の式（５）のように同等となるように有限要素法等の数値解析手法により前記ギャップの長さ及び数が調整される。

【0025】

【数5】

【0026】

以上のように角部２８は、例えば、隣り合うフェライトコア２１～２５のギャップの長さが鉄心２の外周から内周に近づくに連れて小さくなるように、前記横断面の寸法が異なるフェライトコア２１～２５は配置及び積層される。これにより、フェライトコア２１～２５間のギャップの数が鉄心２の外側で少なく内側で多くなり、当該外側及び内側の磁気抵抗が均一となるので、鉄心２の角部２８（巻線巻回部２６と非巻線巻回部２７との接合部）における磁束の集中が緩和される。

【0027】

鉄心２のフェライトコア２１～２５の大型化は技術的な制約があるが、入手可能なサイズのフェライトコアの配置及び積層により実現が可能である。特に前記ギャップの数の調整による磁気抵抗の均一化により、鉄心２の内周側に磁束が集中し、鉄損が冷却しにくい内側に集中することを回避できる。

【0028】

尚、以上の実施形態の鉄心構造は内鉄形の変圧器に適用されたものであるが、本発明の鉄心構造は、外鉄形の変圧器にも適用しても当該実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。また、鉄心２は三層の鉄心であるが、本発明の鉄心構造は四層以上の鉄心にも適用しても上記実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。

【符号の説明】

【0029】

１…変圧器
２…鉄心、２１～２５…フェライトコア、２６…巻線巻回部、２７…非巻線巻回部、２８…角部
３…一次巻線
４…二次巻線

【図1】

【図2】