特開 2024-30412 静止誘導機器の鉄心

(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】P2024030412

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】静止誘導機器の鉄心

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/24 20060101AFI20240229BHJP

   H01F 27/245 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H01F27/24 E

H01F27/245 157

H01F27/24 P

H01F27/24 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022133292

(22)【出願日】2022-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】杉山 直輝

(72)【発明者】

【氏名】霜村 英二

(72)【発明者】

【氏名】増田 剛

(72)【発明者】

【氏名】後藤 博

(57)【要約】      （修正有）

【課題】上部継鉄部の下面部分の温度上昇を抑制する静止誘導機器の鉄心を提供する。
【解決手段】変圧器（静止誘導機器）１において、鉄心２は、コイル３が装着される複数本の脚部４ａ、４ｂと、それら脚部を上下においてつなぐ上部継鉄部５及び下部継鉄部４ｃと、を有する。少なくとも上部継鉄部５は、他の部分とは別体に構成され、コイルの上端よりも上方に位置する接合部６において各脚部と接合される。接合部においては、各脚部の上端部に、継鉄部の延びる方向に見てＶ字形をなす凹部７が形成されており、上部継鉄部５の下部には、全体に渡って凹部７に嵌合する形態のＶ字形の凸部８が形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コイルが装着される複数本の脚部と、それら脚部を上下においてつなぐ上部及び下部の継鉄部とを有する静止誘導機器の鉄心であって、
少なくとも前記上部継鉄部は、他の部分とは別体に構成され、前記コイルの上端よりも上方に位置する接合部において前記各脚部と接合されるように構成されていると共に、
前記接合部においては、前記各脚部の上端部に、前記継鉄部の延びる方向に見てＶ字形をなす凹部が形成されており、前記上部継鉄部の下部は、全体に渡って前記凹部に嵌合する形態のＶ字形の凸状に構成されている静止誘導機器の鉄心。

【請求項2】

前記下部継鉄部及び各脚部は、巻鉄心から一体的に構成され、前記上部継鉄部は、積層鉄心から構成される請求項１記載の静止誘導機器の鉄心。

【請求項3】

前記上部継鉄部は、高さ寸法が同一の薄板を、上下にずらせながら前後の厚み方向に積層して構成される請求項２記載の静止誘導機器の鉄心。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、コイルが装着される複数本の脚部と、それら脚部を上下においてつなぐ上部及び下部の継鉄部とを有する静止誘導機器の鉄心に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、静止誘導機器例えば変圧器やリアクトル等に用いられる鉄心として、帯板状の電磁鋼板を巻き重ねて構成される巻鉄心と称されるものがある。この種の巻鉄心では、環状に構成されたものを例えばＵ字状に切断して二分割し、コイルを装着した後再び接合して環状にするいわゆるカットコアが知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、一般に、カットコアの接合部は、磁束の乱れを抑えて安定した鉄心特性を維持するために、コイルが配置される脚部の上下方向中間部に配置されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５０６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記のような変圧器にあっては、使用中に渦電流損等により鉄心の温度が上昇する事情があり、温度上昇を抑えることが求められる。この場合、コイルに軸方向に延びるダクトを設け、ダクト内を通して空気を上昇させることにより、鉄心やコイルの冷却性を高めることが行われる。ところが、従来の鉄心では、上部継鉄部の下面の、鉄心の窓部に臨む部分に暖かい空気が滞留し、この部分の温度上昇が避けられない傾向がある。

【0005】

尚、上記したように接合部を脚部の中間部に配置したカットコアでは、接合部がコイルで隠されて位置合わせが難しくなる事情もあった。
そこで、上部継鉄部の下面部分の温度上昇を抑制することができる静止誘導機器の鉄心を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の静止誘導機器の鉄心は、コイルが装着される複数本の脚部と、それら脚部を上下においてつなぐ上部及び下部の継鉄部とを有するものであって、少なくとも前記上部継鉄部は、他の部分とは別体に構成され、前記コイルの上端よりも上方に位置する接合部において前記各脚部と接合されるように構成されていると共に、前記接合部においては、前記各脚部の上端部に、前記継鉄部の延びる方向に見てＶ字形をなす凹部が形成されており、前記上部継鉄部の下部は、全体に渡って前記凹部に嵌合する形態のＶ字形の凸状に構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態を示すもので、変圧器の構成を概略的に示す分解斜視図

【図2】変圧器の構成を概略的に示す斜視図

【図3】変圧器の概略的な側面図

【図4】参考例を示すもので、変圧器の構成を概略的に示す斜視図

【図5】参考例における変圧器の概略的な側面図

【図6】第２の実施形態を示すもので、変圧器の構成を概略的に示す分解斜視図

【図7】変圧器の構成を概略的に示す斜視図

【発明を実施するための形態】

【0008】

（１）第１の実施形態
以下、静止誘導機器としての単相の変圧器に適用した第１の実施形態について、図１から図５を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、変圧器の鉄心の窓部の開放する方向を前後方向とし、２個のコイルの並び方向を左右方向として説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る変圧器１の要部の全体構成を概略的に示している。ここで、静止誘導機器としての変圧器１は、本実施形態に係る鉄心２に、円筒状をなす２個のコイル３を装着して構成されている。

【0009】

前記鉄心２は、図で左右に位置して、上下方向に延びる複数本この場合２本の脚部を有している。これと共に、鉄心２は、これら２本の脚部を上部及び下部において夫々つなぐようにして、左右方向に延びる上部継鉄部及び下部継鉄部を有しており、全体としてほぼ矩形枠状をなしている。前記各脚部の外周に、夫々前記コイル３が装着されている。尚、鉄心２における中心の開口部分を窓部２ａと称する。本実施形態に係る鉄心２の詳細な構造については後述する。

【0010】

詳しい図示は省略するが、前記コイル３は、内周側に位置する低圧側巻線と、外周側に位置する高圧側巻線とを備えると共に、軸方向即ち図で上下方向に延びる通風用のダクトを有して構成されている。これらコイル３は、前記左右の脚部に夫々装着されている。尚、図２、図３では、便宜上、コイル３について、最内周部分のみを示しており、その外周側部分についての図示を省略している。

【0011】

さて、前記鉄心２は、以下のように構成されている。即ち、図１～図３に示すように、鉄心２は、下部鉄心構造部４と、上部継鉄部５とを、左右の接合部６、６にて、突合わせ接合して構成されている。前記下部鉄心構造部４は、左右の脚部４ａ、４ｂと、下部継鉄部４ｃとを一体に有した正面から見てほぼＵ字状をなしている。このとき、脚部４ａ、４ｂと下部継鉄部４ｃとのなすコーナー部は、丸みを帯びた形状とされている。この下部鉄心構造部４の断面形状は、四角形をなし、脚部４ａ、４ｂの左右方向の幅寸法Ｗ及び下部継鉄部４ｃの上下方向の幅寸法Ｗは同等で、前後方向の厚みつまり奥行き寸法Ｄが前記幅寸法Ｗよりもやや小さく構成されている。

【0012】

これにて、前記上部継鉄部５は、他の部分である下部鉄心構造部４とは別体に構成され、前記コイル３の上端よりも上方に位置する接合部６において前記各脚部４ａ、４ｂと接合されるように構成されている。そして、前記下部鉄心構造部４の各脚部４ａ、４ｂの上端部に、前記上部継鉄部５の延びる方向即ち左右方向から見てＶ字形をなす凹部７が形成されている。これと共に、上部継鉄部５の下面部分は、全体に渡って前記凹部７に対応した側面Ｖ字形の凸部８が形成されている。これにて、上部継鉄部５の左右両端部と、各脚部４ａ、４ｂの上端部との間に、前記凹部７と凸部８とが嵌合する形態の接合部６が設けられている。

【0013】

このとき、本実施形態では、前記上部継鉄部５は、図３にも示すように、積層鉄心から構成される。この場合、上部継鉄部５は、左右に長い矩形薄板状をなす磁性鋼板をつまり高さ寸法Ｈが同一の薄板を、前後方向中間部に来るほど下方にずれるように、上下にずらせながら前後の奥行き寸法Ｄとなるように積層して構成される。従って、上部継鉄部５の下面部分には、２つの傾斜面から側面Ｖ字状をなす凸部８が全体に渡って形成されると共に、上部継鉄部５の上面部分には、全体に渡ってその凸部８に応じた側面Ｖ字形をなす凹部５ａが形成されている。

【0014】

一方、本実施形態では、前記下部鉄心構造部４は、巻鉄心から一体的に構成されるようになっている。この場合、巻鉄心は、例えば、下部鉄心構造部４の前後の奥行き方向Ｄを幅寸法とした帯状の磁性鋼板を、内周側から外周側に向けて巻回していき、脚部４ａ、４ｂの幅寸法Ｗに応じた厚みまで巻回して環状としたものを、１箇所あるいは２箇所で切断して、切目部分を拡開し、整形することにより得られる。この場合、切断部分において、凹部７を構成するＶ字状の切込みが形成される。

【0015】

上記構成の変圧器１を得るにあたっては、下部鉄心構造部４及び上部継鉄部５を夫々別々に製作しておき、下部鉄心構造部４の各脚部４ａ、４ｂに夫々コイル３を装着し、その後、上部継鉄部５を下部鉄心構造部４に対し接合部６、６において接合する。このとき、接合部６、６は、コイル３の上方に位置するので、コイル３で隠されることなく外観から見えるようになる。これと共に、接合部６、６は、Ｖ字形をなす凹部７に凸部８を嵌合させる構成なので、接合部６、６における位置決めを容易かつ確実に行うことができる。

【0016】

次に、上記構成の鉄心２の作用について、図４及び図５の参考例も参照しながら述べる。図４及び図５は、参考例の変圧器１１を示しており、鉄心１２は、左右の脚部１４ａ、１４ｂ及び下部継鉄部１４ｃを一体に有する下部鉄心構造物１４と、上部継鉄部１５とを、左右の接合部１６、１６にて突合わせ接合して構成されている。接合部１６、１６は、脚部１４ａ、１４ｂの上端面と、上部継鉄部１５の左右両端部の下面との水平面同士を突き合わせて構成される。この構成においては、接合部１６をコイル３よりも上方に位置させたことにより、位置合わせし易いメリットが得られる。

【0017】

ところで、変圧器１、１１にあっては、使用中に渦電流損等により鉄心２、１２の温度が上昇する事情があり、温度上昇を抑えることが求められる。この場合、コイル３に軸方向に延びるダクトを設け、ダクト内を通して空気を上昇させることにより、鉄心２、１２やコイル３の冷却性を高めることが行われる。しかし、上記参考例の鉄心１２では、図４、図５に白抜きの矢印で示すように、上部継鉄部１５の下面の、鉄心１２の窓部１２ａに臨む部分が水平面となっているため、暖かい空気が上部継鉄部１５の下部に滞留し、この部分の冷却性が十分に得られない問題点がある。

【0018】

これに対し、本実施形態の鉄心２では、上部継鉄部５の下面部全体に凸部８が形成されていることにより、窓部２ａに臨む部分は、側面から見てＶ字状の傾斜面となっている。これにより、図２、図３に白抜きの矢印で示すように、窓部２ａ内を上昇する高温の空気は、その傾斜面に沿って上昇し、鉄心２の上方に向けて排出されるといった流れが容易に生ずるようになり、上部継鉄部５の冷却性を高めることができる。

【0019】

従って、本実施形態によれば、暖かい空気が上部継鉄部の下面部付近に滞留するものと異なり、上部継鉄部５の下面部分における温度上昇を抑制することができるという優れた効果を得ることができる。また、Ｖ字状の傾斜面の形成は、上部継鉄部５の全体の形状の変更つまり凸部８の形成によって行われるので、例えば窓部２ａ部分にだけ傾斜面を形成するような場合に比べて、上部継鉄部５の製造も簡単に済む。そして、上記したように、鉄心２の接合部６が、コイル３よりも上方に位置していると共に、接合部６は、Ｖ字形をなす凹部７と凸部８とを嵌合させるものであるから、接合部６における位置決めを容易かつ確実に行うことができる。

【0020】

更に、本実施形態では、脚部４ａ、４ｂ及び下部継鉄部４ｃを構成する下部鉄心構造部４を、巻鉄心から一体的に構成し、上部継鉄部５を、積層鉄心から構成するようにした。これにより、下部鉄心構造部４を容易に形成することができる。一方、下端部に側面Ｖ字形の凸部８を有する上部継鉄部５については、巻鉄心から構成することは、巻回後に切除する部分が比較的大きくなるため適切でなく、積層鉄心から構成することが好ましい。特に本実施形態では、上部継鉄部５を、高さ寸法Ｈが同一の薄板を、上下にずらせながら前後に厚み方向に積層して構成したので、同等の複数枚の薄板から上部継鉄部５を構成することができ、比較的簡単で安価に製作することが可能となる。

【0021】

（２）第２の実施形態、その他の実施形態
図６及び図７は、第２の実施形態に係る変圧器２１の構成を概略的に示している。静止誘導機器としての変圧器２１は、本実施形態に係る鉄心２２に、円筒状をなす２個のコイル３を装着して構成されている。前記鉄心２２は、上記第１の実施形態と同様の下部鉄心構造部４と、上部継鉄部２５とを、左右の接合部２６、２６にて、突合わせ接合して構成されている。

【0022】

このとき、上部継鉄部２５は、左右方向に長いブロック状に構成されると共に、その下面部には、全体に渡って下部鉄心構造部４の凹部７に対応した側面Ｖ字形の凸部２８が形成されている。この上部継鉄部２５はやはり積層鉄心からなり、例えば左右の長さ寸法は等しく、高さ寸法が異なる複数枚の磁性鋼板を、上縁部を水平に揃えて、前後に積層して構成される。その際、上部継鉄部２５を構成する磁性鋼板の高さ寸法が、前後方向の両端側で小さく、中央側で最も大きくなるように積層することにより、側面Ｖ字形の凸部２８が形成される。

【0023】

上記構成の鉄心２２においても、上記第１の実施形態の鉄心２と同様に、上部継鉄部２５の下面部全体に凸部２８が形成されていることにより、窓部２２ａに臨む部分は、側面から見てＶ字状の傾斜面となっている。これにより、窓部２２ａ内を上昇する高温の空気は、その傾斜面に沿って上昇し、鉄心２２の上方に向けて排出されるといった流れが容易に生ずるようになり、上部継鉄部２５の冷却性を高めることができる。従って、この第２の本実施形態においても、上部継鉄部２５の下面部分における温度上昇を抑制することができる等の優れた効果を得ることができる。

【0024】

尚、上記実施形態では、下部鉄心構造部４を、奥行き寸法Ｄを幅寸法とした帯状の磁性鋼板を巻回して、切断して製作するようにした。これに対し、材料の無駄を省くために、Ｖ字状の凹部７を有する下部鉄心構造部を、次のように製作することも可能である。即ち、奥行き寸法Ｄの半分の幅寸法Ｄ／２の帯状の磁性鋼板を、幅寸法Ｗの厚みとなるように環状に巻回し、そのうち１箇所を、凹部７のＶ字状の傾斜に対応した角度で斜めに切断し、更にその切断物の中間部を直角に切断して２つの単位巻回体を得るようにする。そのようにして得られた４つの単位巻回体を、切断部分の傾斜面が脚部の上端に来るようにして、２つの傾斜面がＶ字状となるように前後に突き合わせて接合すると共に、下部継鉄部の中央部で直角の切断端部を突き合わせて接合する。これにより、４個の単位巻回体の組合せによって下部鉄心構造部を得ることができる。

【0025】

また、上記各実施形態では、下部継鉄部及び各脚部を構成する下部鉄心構造部を、巻鉄心から一体的に構成し、上部継鉄部を、積層鉄心から構成するようにしたが、下部継鉄部及び各脚部についても積層鉄心から構成することが可能であることは勿論である。上記実施形態では静止誘導機器として単相の変圧器を例示したが、例えば、三層の変圧器にも適用することができ、更にはリアクトル等の鉄心にも適用することができる。

【0026】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0027】

図面中、１、２１は変圧器（静止誘導機器）、２、２２は鉄心、２ａ、２２ａは窓部、３はコイル、４は下部鉄心構造部、４ａ、４ｂは脚部、４ｃは下部継鉄部、５、２５は上部継鉄部、６、２６は接合部、７は凹部、８、２８は凸部を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】