特許 7430115 積鉄心静止誘導機器およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-01

(45)【発行日】2024-02-09

(54)【発明の名称】積鉄心静止誘導機器およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 30/12 20060101AFI20240202BHJP

   H01F 41/00 20060101ALI20240202BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20240202BHJP

   H01F 27/245 20060101ALI20240202BHJP

【ＦＩ】

H01F30/12 A

H01F41/00 B

H01F41/02 B

H01F41/02 C

H01F27/245 152

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020103752

(22)【出願日】2020-06-16

(65)【公開番号】P2021197472

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2023-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】今川 尊雄

(72)【発明者】

【氏名】舘村 誠

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝平

(72)【発明者】

【氏名】高橋 俊明

(72)【発明者】

【氏名】中島 晶

(72)【発明者】

【氏名】三上 浩幸

【審査官】古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】特公昭３９－００９９０４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実公昭１５－０１１６９７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】国際公開第２０１９／０８７９３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－１４８８０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ３／００－ ３／１４

Ｈ０１Ｆ ２７／２４－２７／２６

Ｈ０１Ｆ ３０／００－３８／１２

Ｈ０１Ｆ ３８／１６

Ｈ０１Ｆ ４１／００－４１／０４

Ｈ０１Ｆ ４１／０８

Ｈ０１Ｆ ４１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻線を有する脚部および巻線を有さないヨーク部が、短冊状の磁性体部材で形成され、互いに突き合わされた積鉄心を構成する積鉄心静止誘導機器であって、
前記脚部およびヨーク部は、複数の前記磁性体部材が短辺方向に並べられた鉄心ブロック体を複数積層して形成され、
前記脚部および前記ヨーク部は、前記磁性体部材の端部が長辺方向にずれた前記鉄心ブロック体の層を含んでおり、
前記脚部と前記ヨーク部との突き合わせ部分のうち、中央の前記脚部の端部に対して左側および右側から前記ヨーク部の端部が突き合わされる中央３交差部分において、
前記脚部における前記磁性体部材がずれて生じる領域に、前記ヨーク部の一部が位置し、前記ヨーク部における前記磁性体部材がずれて生じる領域に、前記脚部の一部が位置し、
前記ヨーク部を形成する前記磁性体部材のうち、前記脚部から最も遠い側にある前記磁性体部材は、その端面どうしが、前記中央３交差部分の中心で突き合わされており、
積層される複数の層には、
前記中央３交差部分の前記脚部が左右非対称となる少なくとも２層と、
前記中央３交差部分の前記脚部が左右対称となる少なくとも１層と、が含まれることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【請求項2】

請求項１に記載の積鉄心静止誘導機器において、
短辺方向に並べられた複数の前記磁性体部材は、隣接する対向面が接合されていることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【請求項3】

請求項１に記載の積鉄心静止誘導機器において、
前記脚部および前記ヨーク部は、第１磁性体部材と、前記第１磁性体部材より長い第２磁性体部材と、を有しており、
前記脚部と前記ヨーク部との突き合わせ部分のうち、側方の前記脚部の端部に対して前記ヨーク部の端部が突き合わされる側方２交差部分において、
前記脚部または前記ヨーク部の左の前記第１磁性体部材および前記第２磁性体部材の端面に、前記脚部または前記ヨーク部の右の前記第１磁性体部材および前記第２磁性体部材の側面が、階段状に突き合わされていることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【請求項4】

請求項１に記載の積鉄心静止誘導機器において、
前記磁性体部材は、アモルファス磁性部材であることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【請求項5】

請求項１に記載の積鉄心静止誘導機器において、
前記磁性体部材は、電磁鋼板であることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【請求項6】

請求項１に記載の積鉄心静止誘導機器において、
前記磁性体部材は、アモルファス磁性部材を含むクラッド材であることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【請求項7】

請求項１に記載の積鉄心静止誘導機器において、
前記積鉄心は、３つの脚部を有する３相３脚型であることを特徴とする積鉄心静止誘導機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積鉄心静止誘導機器およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

変圧器などの静止誘導機器として、アモルファス薄帯を積層したブロック体や電磁鋼板を積み重ねて脚部およびヨーク部から成る鉄心を構成した積鉄心静止誘導機器がある。また、積鉄心誘導機器の鉄心構造として、額縁型と短冊型がある。額縁型は、脚部とヨーク部の磁性体として、台形形状などの斜めの端面形状を有するものを用いて、それぞれ斜めの端面同士をつないで積鉄心を構成するものである。額縁型は、組み立て後の静止誘導機器が短冊型に比べて高効率であるが、磁性体を斜めに切断する必要があり、切断や組み立てが複雑で製造工程が増加する。これに対して、短冊型は、脚部とヨーク部の磁性体として、直方体形状である短冊状のものを用いて、積鉄心を構成するものである。短冊型は、額縁型の製造工程に比べて、磁性体の切断が容易で製造工程が少なくなる。

【0003】

例えば、特許文献１には、「複数のアモルファス磁性合金箔のストリップを重ね合わせたものからなるストリップ重合体を所定の長さに切断することにより単位重合体を形成する。順次形成される単位重合体を長さ方向に位置をずらして段積みすることにより単位重合体の積層ブロックを形成する。積層ブロックを構成している単位重合体を上から順に取って作業台上に積層することにより積鉄心の脚部及び継鉄部を形成する。」（要約参照）と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１１－１８６０８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、アモルファス磁性合金箔のリボンの重合体からなる単位重合体を容易に形成できるようにして作業能率を向上させたアモルファス積鉄心の製造方法が開示されている。しかし、製造方法の効率化についてのみ考慮されており、組み立て後の変圧器または静止誘導機器の効率を向上させることについては考慮されていない。

【0006】

本発明の目的は、製造容易な短冊型で効率の良い積鉄心静止誘導機器およびその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、巻線を有する脚部および巻線を有さないヨーク部が、短冊状の磁性体部材で形成され、互いに突き合わされた積鉄心を構成する積鉄心静止誘導機器であって、前記脚部およびヨーク部は、複数の前記磁性体部材が短辺方向に並べられた鉄心ブロック体を複数積層して形成され、前記脚部および前記ヨーク部は、前記磁性体部材の端部が長辺方向にずれた前記鉄心ブロック体の層を含んでおり、前記脚部と前記ヨーク部との突き合わせ部分のうち、中央の前記脚部の端部に対して一方側および他方側から前記ヨーク部の端部が突き合わされる中央３交差部分において、前記脚部における前記磁性体部材がずれて生じる領域に、前記ヨーク部の一部が位置し、前記ヨーク部における前記磁性体部材がずれて生じる領域に、前記脚部の一部が位置する。

【0008】

また、巻線を有する脚部および巻線を有さないヨーク部を、短冊状の磁性体部材で形成し、互いに突き合わせて積鉄心を構成する積鉄心静止誘導機器の製造方法であって、前記脚部およびヨーク部を、複数の前記磁性体部材を短辺方向に並べられた鉄心ブロック体を複数積層して形成するステップと、前記脚部と前記ヨーク部との突き合わせ部分のうち、中央の前記脚部の端部に対して一方側および他方側から前記ヨーク部の端部が突き合わされる中央３交差部分において、前記脚部における前記磁性体部材がずれて生じる領域に、前記ヨーク部の一部を位置させ、前記ヨーク部における前記磁性体部材がずれて生じる領域に、前記脚部の一部が位置させるステップと、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、製造容易な短冊型で効率の良い積鉄心静止誘導機器およびその製造方法を提供できる。

【0010】

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１の積鉄心静止誘導機器に用いられる積鉄心の１層目の正面図である。

【図2】６種類のブロックの構成を示す図である。

【図3】実施例１の積鉄心の２層目以降の正面図である。

【図4】側方２交差点部分における、直流励磁した磁束密度の計算結果を示した図である。

【図5】実施例１の積鉄心の側方２交差部分の構造を示した図である。

【図6】実施例１の側方２交差部分に励磁した計算結果を示す図である。

【図7】中央３交差部分における設計方法を示す図である。

【図8】図７の額縁構造で、ケース１とケース２の計算結果を示す図である。

【図9】短冊形構造の中央３交差部分の例を示す図である。

【図10】中央３交差部分の脚部について、第１層と第２層を左右非対称とした場合に励磁した計算結果を示す図である。

【図11】中央３交差部分の脚部について、第１層と第２層を左右対称とした場合に励磁した計算結果を示す図である。

【図12】中央３交差部分を第１，第２，第３の三層構造とした場合に励磁した計算結果を示す図である。

【図13】従来の積鉄心形式を示す図である。

【図14】幅広のアモルファス薄帯の製造を説明する図である。

【図15】実施例２の積鉄心の側方２交差部分の構成を示す図である。

【図16】実施例２の積鉄心の構成を示す図である。

【図17】第１脚部材が５０の場合に、第２脚部材の長さを変えたときの状態を示す図である。

【図18】第１脚部材が５１の場合に、第２脚部材の長さを変えたときの状態を示す図である。

【図19】第１脚部材が５１ｓの場合に、第２脚部材の長さを変えたときの状態を示す図である。

【図20】第１脚部材が５２の場合に、第２脚部材の長さを変えたときの状態を示す図である。

【図21】第１脚部材が５２ｓの場合に、第２脚部材の長さを変えたときの状態を示す図である。

【図22】第１脚部材が５３および５３ｓの場合に、第２脚部材の状態を示す図である。

【図23】第１脚部材が５４および５５の場合に、第２脚部材の状態を示す図である。

【図24】第１脚部材および第２脚部材の長さと配置の各組合せについて、構成の適否の判定結果を整理した表である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施例の説明の前に、従来の３相の積鉄心変圧器を説明する。図１３は、従来の積鉄心形式を示す図であり、図１３（ａ）は額縁型鉄心の一例、図１３（ｂ）は短冊型鉄心の一例である。

【0013】

図１３（ａ）に示す額縁型積鉄心４０は、台形，六角形などの端面形状を有する磁性体部材を脚部５に、切り欠き付き台形形状を有する磁性体部材をヨーク部６に用いて、それぞれ斜めの端面同士をつないで、額縁形状の積鉄心を構成する。図には明示されていないが、脚部５とヨーク部６の突合せ部であるギャップの位置を、積層した上層と下層とでずらして設けることにより、上下層間で磁束の流れを良好にして高効率化を図る場合がある。なお、脚部５には明示しないが１次及び２次コイル７が巻回されている。額縁型は短冊型に比べて、鉄心特性が高効率であるが、磁性体部材を斜めに切断する必要があり、また部材形状が多数となるため磁性体の切断や積鉄心の組み立てが複雑である。なお、脚部５は、コイルを巻回す領域を有する鉄心部材を意味し、ヨーク部６は、コイルを巻き回す領域を有さない鉄心部材を意味する。

【0014】

図１３（ｂ）に示す短冊型積鉄心５０は、直方体形状である短冊状の磁性体部材を脚部５およびヨーク部６に用いて、それぞれ短冊の端部を他の短冊の側部に突き合わせて配置し、３脚の積鉄心を構成する。図には明示されていないが、表示した鉄心組み合わせを１層とし、この層を１層または２層を単位として上下逆転に積層して、ギャップ位置を集中させないようにし、上下層間で磁束の流れを良好にして高効率化を図っている。短冊型は、短冊状の磁性体部材を用いるため製造・組立が容易であるが、部材端面が磁路に垂直であり、磁極発生が多く反磁界が大きい。このため額縁型に比べて効率が低い。

【0015】

変圧器等の鉄心材料としては、電磁鋼板に代えて、特性の良く厚みが小さいアモルファス薄帯を用いることが行われている。厚みが小さいため渦電流も小さくなるため好適である。現状の市場におけるアモルファス薄帯を用いた変圧器は巻鉄心型であり、一方、大型の変圧器に用いるためには、積鉄心型とすることが必要である。図１４（ａ）に示すように、アモルファス薄帯の幅は規格で決められているが、電磁鋼板に比べて、大型の変圧器に適した広幅のものはない。また、アモルファス薄帯は、熱して溶融した部材を低温のローラに注ぎ広げて製造するものであり、その製造原理の都合、幅が広いアモルファス薄帯を製造することは一般に困難である。このため、幅広にするためには、図１４（ｂ）に示すように、２枚のアモルファス薄帯を一部で重ねて接合部で接合する必要がある。また図１４（ｃ）に示すように、幅広としたアモルファス薄帯を額縁型鉄心に用いるためには、アモルファス薄帯を斜めに切断する必要がある。しかし、斜め切断には、対応する幅広の切断刃が必要であり、アモルファス薄帯が幅広化するほど切断刃も大きくする必要が生じ高コストとなる。また、特にアモルファス薄帯は電磁鋼板に比べて堅いために、幅広のアモルファス材料の切断は困難である。なお、アモルファス薄帯を用いる変圧器に限らず、電磁鋼板を用いる場合にも、同様の課題がある。

【0016】

本発明は、製造容易な短冊型で、かつ、効率の良い３相の積鉄心変圧器を提供するものである。以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素にはなるべく同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

【実施例1】

【0017】

本発明の実施例１に関し、図１から図１２を用いて説明する。実施例１に係る積鉄心静止誘導器は、脚部およびヨーク部が、２枚の短冊状の磁性体部材を短辺方向に並べた鉄心ブロック体を複数枚積層して形成されている。図１は、本実施例の３相の積鉄心静止誘導機器に用いられる積鉄心の１層目を示す図である。図１に示すように、本実施例の脚部５およびヨーク部６は、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの５種類の鉄心ブロックのいずれかで形成され、これらを互いに突き合わせて積鉄心を構成している。また、脚部とヨーク部の突き合わせ部分としては、中央３交差部分（図１のアで示された部分）と、側方２交差部分（図１のイで示された部分）と、を有している。ここで、中央３交差部分は、中央脚部５’の端部に対して一方側（右側）および他方側（左側）からヨーク部６の端部が突き合わされる部分であり、側方２交差部分は、側方（右側または左側）の脚部５に対してヨーク部６の端部が突き合わされる部分である。なお、本実施例では、鉄心開口部は長さＬの正方形である。

【0018】

図２は、基本となるａからｆの６種類のブロックの構成を示す図である。各ブロックは素材幅ｗの箔である磁性体部材１１，１２を中央で接合したもので、aからfはそれぞれ長さの組合せが異なる。ブロックａは、幅ｗで長さがＬの長方形の第１磁性体部材１１と、幅ｗで長さＬ＋２ｗの長方形の第２磁性体部材１２と、を両端がｗとなるようシフトさせ、隣接する対向面の中央の接合部１３で接合したものである。以下、同様にｂからeは、幅ｗの素材の磁性体部材を２枚ずつシフト幅ｗとなるよう組み合わせ接合したブロックである。fは、Ｌ＋ｗの長方形の磁性体部材を２枚接合したブロックである。接合方法は問わないが、接合部に厚みが生じないスポット溶接などの接合方法であれば、接合部に厚みが出ないため鉄心の占積率を向上させることができる。また、接合部に厚みが出ないことにより、鉄心ブロック体を積み重ねる工程において、位置ずれが起こりにくく生産性が向上する。これらを用い、以下積層体を構成した。

【0019】

図３は、本実施例の積鉄心の２層目以降を示す図である。図３に示すように、２層目と３層目は、図１に示す１層目とは異なる配置となっている。そして、４層目は２層目と同じ、５層目は１層目と同じ、６層目は３層目と同じ配置とし、３種類の層を繰り返して積層したこの６層が構成単位となる。

【0020】

まず、本実施例の積鉄心の側方２交差部分においては、図１および図３に示すように、脚部およびヨーク部が、第１磁性体部材と、第１磁性体部材より長い第２磁性体部材と、を有している。そして、脚部またはヨーク部の一方の第１磁性体部材および第２磁性体部材の端面に、脚部またはヨーク部の他方の第１磁性体部材および第２磁性体部材の側面が、階段状に付き合わされている。

【0021】

次に、本実施例の積鉄心の中央３交差部分においては、図１および図３に示すように、脚部およびヨーク部は、磁性体部材の端部が長辺方向にずれたブロック体の層を含んでいる。そして、脚部における磁性体部材がずれて生じる領域に、ヨーク部の一部が位置し、ヨーク部における磁性体部材がずれて生じる領域に、脚部の一部が位置する。

【0022】

磁性体部材１１，１２の材料は、アモルファス合金箔片でも良いし、電磁鋼板でも実施できる。本明細書において、アモルファス薄帯、アモルファス合金箔片またはアモルファス合金薄帯等の呼び方をするがいずれもアモルファス薄帯を指すものである。また、磁性体部材は、アモルファス箔片と電磁鋼板やナノ結晶箔を積層したクラッド材でも良いし、ナノ結晶箔単体の薄帯であっても良い。アモルファス箔片は、電磁鋼板の板厚に比べて薄く、凡そ電磁鋼板の十分の一の厚さである。そのため、２つのアモルファス箔片を幅方向に接合したものを、複数重ねて鉄心ブロック体とすることにより、電磁鋼板と同様に取り扱うことができる。アモルファス薄帯の２枚の磁性体部材１１，１２を接合したものを鉄心ブロック体として、互い違いに積層することで、鉄心の特性を向上させることができる。また、接合したものを１０枚から２０枚程度重ね合わせ鉄心ブロック体とした場合には、製造の際に鉄心ブロック体ごとに組み合わせできるため、生産性が向上する。以下このような構成とする理由を述べる。

【0023】

図４は、側方２交差点部分における、直流励磁した磁束密度の計算結果を示した図である。鉄心は幅１７０ｍｍのアモルファス箔１０枚を一層として束ね、上下２層に重ねたもので、（ａ）が額縁、（ｂ）が短冊構成である。励磁コイルは２０ターン、電流は４Ａとした。交差点の反対側の箔どうしは厚さ２０ｍｍの鉄板で磁束を還流させた。励磁コイルから５５ｍｍ位置の断面を計算位置とした磁束密度平均値を比較した。結果（ａ）額縁型では箔全面に磁束密度が高く、計算位置での平均磁束密度は１．５Ｔであった。これに対し（ｂ）短冊型では、重ね部分に磁束密度が低い領域が大きく、この結果、磁束がうまく還流せず、計算位置での平均磁束密度は１．２Ｔと低く、励磁効率が悪いことがわかる。

【0024】

図５は、本実施例の積鉄心１の側方２交差部分の構造を示した図である。図５（ａ）では、第１の鉄心ブロック体３０で構成されるヨーク部における第１磁性体部材３１および第２磁性体部材３２の端面に、第２の鉄心ブロック体３５で構成される脚部における第１磁性体部材３６および第２磁性体部材３７の側面が、階段３９状に付き合わされている。図５（ｂ）では、第２の鉄心ブロック体３５で構成される脚部における第１磁性体部材３６および第２磁性体部材３７の端面に、第１の鉄心ブロック体３０で構成されるヨーク部における第１磁性体部材３１および第２磁性体部材３２の側面が、階段３９状に付き合わされている。ここでは、単一の幅が図４の箔の幅１７０ｍｍの１／２の８５ｍｍとした箔を、長さ８５ｍｍシフトさせて接合したブロックを互い違いに並べたもので、図５（ａ）を上層、図５（ｂ）を下層とし、図４と同様に励磁した計算を行った。

【0025】

図６は、本実施例の側方２交差部分に励磁した計算結果を示す図である。図４（ｂ）の短冊型と比較すると、磁束密度の低い領域は上層及び下層に矢印で示した部分に存在するが、その領域は図４（ｂ）の短冊型より小さい。また、図６（ｃ）の２層での結果から、側方２交差部分では、図５（ａ）（ｂ）の２層を基本に積み上げていけば良いことがわかった。

【0026】

図７は、中央３交差部分における設計方法を示す図である。図７（ａ）は幅１７０ｍｍのアモルファス箔をＴ字型に交差させ、交差点の反対側を厚さ１００ｍｍ、幅６５ｍｍの鉄ブロックで還流させた構造としている。また、箔の交差点中心から左右に３００ｍｍずつの位置および下に１５０ｍｍの位置にコイルを置き、同じく交差点中心から右に２００ｍｍ（図７のｐ1，以下「計算位置１」）と下に１００ｍｍ（図７のｐ2，以下「計算位置２」）で平均磁束密度の計測を行った。コイルは２０ターンで電流条件は次のように決めた。

【0027】

図７（ｂ）は、３相交流のｕ，ｖ，ｗ波形を示す。波形は位相が１２０°ずれている。縦軸強度は相対値である。ここで、case１とcase２の位置で１相の電流が０となる。この条件を仮定して（ａ）構造の２つのコイルに直流通電し、磁束が横に流れるヨーク部のみとなるケース１と、下から右に流れ脚部からヨーク部へ流れるケース２と、をそれぞれ計算することで励磁効率を比較した。計測位置はケースにかかわらず励磁コイルから５０ｍｍ交差点側とした。なお、図７は額縁構造の例である。

【0028】

図８は、図７の額縁構造で、ケース１とケース２の計算結果を示す図である。ケース１では、図８（ａ）に示すように、磁束はヨーク全体に流れ、計算位置１および２の平均磁束密度はそれぞれ１．４５Ｔおよび０．０４Ｔとなった。一方、ケース２でも、図８（ｂ）に示すように、脚からヨーク片側に効率よく流れ、計算位置１および２の平均磁束密度はそれぞれ１．４８Ｔおよび１．５１Ｔとなった。

【0029】

図９は、短冊形構造の中央３交差部分の例を示す図であり、第１層はヨーク側を単一ブロック、これに垂直に接する脚ブロックとし、第２層はヨーク側のブロックを２分割し、脚ブロックをその分突き出させ、これら２層を組み合わせて構成したものである。図８と同じ励磁条件での計算位置１および２の平均磁束密度は、ケース１が（１．２４Ｔ，０．０３Ｔ）、ケース２が（１．２３Ｔ,１．３４Ｔ）で、どのケースでも１５％程度磁束密度が小さい。

【0030】

図１０は、中央３交差部分の脚部について、第１層と第２層を左右非対称とした場合に励磁した計算結果を示す図である。なお、脚部及びヨーク部は、幅８５ｍｍの２枚の磁性体部材を接合して構成したブロックを組み合わせたものであり、上下の２層で脚部の端部のシフト位置が８５ｍｍ変えてある。図１０（ａ）は、ヨーク部の端面のうち、脚部から遠い側にある磁性体部材の端面が、脚部の端部のシフト位置にて、ヨーク部どうしが突き合わされた構造を示す。図１０（ｂ）は、ヨーク部の端面のうち、脚部から遠い側にある磁性体部材の端面が、中央３交差部分の中心にて、ヨーク部どうしが突き合わされた構造を示す。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）と図１０（ｂ）との中間的な構造を示す。励磁した結果、ケース１，２とも、（ｂ）の構造が高い平均磁束密度となった。これより脚を左右非対称とした場合、ヨーク接点は中心が良いことが分かる。

【0031】

図１１は、中央３交差部分の脚部について、第１層と第２層を左右対称とした場合に励磁した計算結果を示す図である。図１１（ａ）は、ヨーク部の端面のうち、脚部から遠い側にある磁性体部材の端面が、中央３交差部分の中心から８５ｍｍはずした位置にて、ヨーク部どうしが突き合わされた構造を示す。図１１（ｂ）は、ヨーク部の端面のうち、脚部から遠い側にある磁性体部材の端面が、中央３交差部分の中心にて、ヨーク部どうしが突き合わされた構造を示す。励磁した結果、ケース１，２とも、（ｂ）の構造が高い平均磁束密度となった。これにより、脚を左右対称とした場合でも、ヨーク接点は中心が良いことが分かる。

【0032】

図１２は、図１０および図１１の結果から、中央３交差部分を第１，第２，第３の三層構造とした場合に励磁した計算結果を示す図である。図１２に示すように、いずれもヨーク接点は中心に置き、第１，第２層は脚部を左右非対称に、第３層は脚部を左右対称としたものである。励磁した結果、ケース１，２とも、額縁型から５％の磁束密度低下となり、効率が良いことがわかった。

【0033】

以上から、２枚の短冊状の磁性体部材を短辺方向に並べた鉄心ブロック体で脚部とヨーク部を構成する場合の３相鉄心の最適構造は、側方２交差部分では２層、中央３交差部分では３層の組み合わせが良い。従って、図２に示すような、２と３の最小公倍数である６種類のブロックを用いれば、できるだけ少ない種類で鉄心を構成できる。また、図１および図３で示した６層を繰り返すことで、所望の積鉄心を実現できることが分かる。

【0034】

本実施例によれば、製造容易な短冊型で、効率の良い積鉄心変圧器を提供することができる。また、上下の層で、鉄心ブロック体の突合せ部の位置を変えた６層構成とすることにより、磁束の流れを良好にし、効率化を図ることができる。さらに、本実施例では、２枚の磁性体部材を接合した鉄心ブロック体を組み合わせて積鉄心を構成したので、製造が容易となる。

【0035】

以下、本実施例の鉄心を実際に製作して確認した効果について説明する。初めに、厚さ２５マイクロメートルで幅８５ｍｍのアモルファス箔ロールを２つ用意し、左右に並べて引き出し、中心をスポット接合して幅１７０ｍｍのアモルファスロールを作製した。次に、８５ｍｍ幅の切断刃２枚をそれぞれが接合箔の左右となるよう配置し、送りと切断タイミングを調整して図２のブロック体に切り出した。鉄心開口部Ｌは３００ｍｍとした。次に、同じブロックを１枚ずつ重ね、再びスポット接合して厚さ２５０マイクロメートルとなるブロック体を形成した。次に、図１と図３に示すブロック体を組み合わせた６層を単位として４０単位を積み上げ、総厚６０ｍｍの鉄心Ａ（本実施例）を製作した。

【0036】

比較のため、別途幅１７０ｍｍのアモルファス箔を短冊に切断し、１０枚を単位として接合し短冊鉄心箔を準備した。開口部１７０ｍｍとして短冊鉄心を積厚６０ｍｍとなるよう鉄心Ｂ（比較例）を製作した。鉄心ＡおよびＢの３つの脚部に直径０．７ｍｍエナメル線を２００ターンずつ巻き、別途検知線をヨーク部に２０ターン巻き、何れもピーク値１Ａとなるよう５０Ｈｚで３相交流励磁し、検知巻き線出力からヨーク部のピーク磁束密度を比較した。その結果、鉄心Ａは鉄心Ｂより２０％ピーク磁束密度が大きく、本実施例の短冊型鉄心が高効率であることがわかった。

【実施例2】

【0037】

本発明の実施例２に関し、図１５から図２４を用いて実施例２について説明する。実施例２に係る積鉄心静止誘導器は、脚部およびヨーク部が、４枚の短冊状の磁性体部材を短辺方向に並べた鉄心ブロック体を複数枚積層して形成されている。

【0038】

本実施例では、厚さ２５マイクロメートルで、幅１７０ｍｍの５層巻きアモルファスロール４つを並べ、ロール端部間を接合して合計幅６８０ｍｍの広幅ロールを作製した。さらに、１７０ｍｍ幅用の切断刃４枚を６８０ｍｍ間に２列に並べ、接合されたアモルファスロールを切り離し、短冊に形成できるようにした。４枚接合の場合、端部構成は複雑化するが、以下のように組み合わせた。

【0039】

図１５は、４分割鉄心の場合における側方２交差部分の構成を示す図である。４分割鉄心の側方２交差部分では、４枚のアモルファスをその１枚の幅分後退させて切断し、４分割端部Ａではギャップが脚部５側に、４分割端部Ｂではギャップがヨーク部６側に出るよう組み合わせる。この４分割端部Ａおよび４分割端部Ｂを１層または複層ごとに組み合わせて重ねて鉄心を構成する。後退幅aは、接合前１枚分の幅ａで揃えるのが良く、これにより端部での反磁界を低下させ、効率が向上する。

【0040】

図１６は、本実施例の３相の積鉄心の構成を示す図である。鉄心を構成する部材の最小化を図るため、点Ｐに示す鉄心の中心点に対し点対称に配置するのが良い。したがって、以下では、右半分の鉄心構成を例に挙げて、中央３交差部分の構成を説明する。

【0041】

図１７は、中央脚部５’のうち、鉄心開口部側の磁性体部材（以下、第１脚部材）の長さｂがＬ＋ａ（符号５０）の場合に、反鉄心開口部側の磁性体部材（以下、第２脚部材）の長さを変えて行ったときの状態を示す図である。なお、Ｌは開口幅、ａは元素材幅（本実施例では１７０ｍｍ）である。

【0042】

ここで、第２脚部材の長さは、第１脚部材の長さ以上となる必要がある。また、第２脚部材の長さは、Ｌ＋ａ（長さ５０）の場合、ヨーク部６の端面が４つ並んでしまい、ギャップ長が４ａになるため、Ｌ＋２ａ（長さ５１）以上とする必要がある。さらに、第２脚部材が長さ５１の場合は、ヨーク部６の端面が３つ並ぶため、ギャップ長が３ａになる。しかし、ギャップ長が３ａになると、素材端部が磁路に対し長くなるため損失が増加してしまう。そこで、以下では、ギャップ長が３ａ以上になるのを避ける条件で、第２脚部材の長さや位置の適否を判定することにする。

【0043】

図１７に示すように、第２脚部材の長さがＬ＋３ａ（長さ５２）の場合、第２脚部材の配置としては３通りが考えられる。しかし、いずれの配置であっても、第２脚部材の上方または下方において、ギャップ長が３ａ以上になってしまうため、不適となり（△と表記）、可能な構成は０となる。

【0044】

次に、第２脚部材の長さがＬ＋４ａ（長さ５３）の場合、第２脚部材の配置としては３通りが考えられる。このうち、第２脚部材の上端面が第１脚部材の上端面から長さ２ａだけ出張った配置であれば、条件を満たすため構成することが可能である。しかも、この配置は、上下非対称であるため、上下を入れ替えた２パターンが実現できる。したがって、１×２の２種類の構成が可能となっている。なお、他の２通りについては、いずれも第２脚部材の上方または下方において、ギャップ長が３ａ以上になってしまうため、不適となる。

【0045】

次に、第２脚部材の長さがＬ＋５ａ（長さ５４）の場合、第２脚部材の配置としては２通りが考えられる。このうち、第２脚部材の上端面が第１脚部材の上端面から長さ２ａだけ出張った配置であれば、条件を満たすため構成することが可能である。しかも、この配置は、上下非対称であるため、上下を入れ替えた２パターンが実現できる。したがって、１×２の２種類の構成が可能となっている。なお、第２脚部材の上端面が第１脚部材の上端面から長さ３ａ出張った配置では、第２脚部材の側方において、ギャップ長が３ａになってしまうため、不適となる。

【0046】

次に、第２脚部材の長さがＬ＋６ａ（長さ５５）の場合、第２脚部材の側方において、ギャップ長が３ａになってしまうため、不適となる。なお、第２脚部材がさらに長い場合、ヨーク部を脚部が切断する形となり、効率が低下する。

【0047】

以上述べたように、第１脚部材の長さがＬ＋ａ（長さ５０）の場合に可能な構成の合計は４となる。

【0048】

図１８は、第１脚部材の長さがＬ＋２ａ（符号５１）の場合に、第２脚部材の長さを変えて行ったときの状態を示す図である。図１８に示すように、第２脚部材の長さがＬ＋３ａ（長さ５２）の場合、第２脚部材の配置としては２通りが考えられるが、いずれも、第２脚部材の上方または下方において、ギャップ長が３ａ以上になってしまうため、不適となり、可能な構成は０となる。次に、第２脚部材の長さがＬ＋４ａ（長さ５３）の場合、第２脚部材の配置としては３通りあるが、このうち、第２脚部材の上端面が第１脚部材の上端面から長さａだけ出張った配置であれば、構成することが可能である。次に、第２脚部材の長さがＬ＋５ａ（長さ５４）の場合も条件を満たすが、この配置は上下非対称であるため、２パターンの構成が可能である。次に、第２脚部材の長さがＬ＋６ａ（長さ５５）の場合も条件を満たすが、この配置は上下対象であるため、１パターンの構成が可能である。以上述べたように、第１脚部材の長さがＬ＋２ａ（長さ５１）の場合に可能な構成の合計は４となる。

【0049】

図１９は、第１脚部材の長さがＬ＋２ａ（符号５１ｓ）の場合に、第２脚部材の長さを変えて行ったときの状態を示す図である。図１９では、図１８の場合と同様に第１脚部材の長さはＬ＋２ａであるが、図１８の場合と異なり第１脚部材の配置が下方へ長さａだけずれている。図１９に関する説明は省略するが、この場合に可能な構成は４となる。

【0050】

図２０は、第１脚部材の長さがＬ＋３ａ（符号５２）の場合に、第２脚部材の長さを変えて行ったときの状態を示す図である。図２０に関する説明も省略するが、この場合に可能な構成は８となる。

【0051】

図２１は、第１脚部材の長さがＬ＋３ａ（符号５２ｓ）の場合に、第２脚部材の長さを変えて行ったときの状態を示す図である。図２１では、図２０の場合と同様に第１脚部材の長さはＬ＋３ａであるが、図２０の場合と異なり第１脚部材の配置が下方へ長さａだけずれている。図２１に関する説明も省略するが、この場合に可能な構成は０である。

【0052】

図２２は、第１脚部材の長さがＬ＋４ａ（符号５３，５３ｓ）の場合に、第２脚部材の長さを変えて行ったときの状態を示す図である。図２２のうち、第１脚部材が符号５３に示す配置のときに可能な構成は４であり、第１脚部材が符号５３ｓに示す配置（符号５３より下方へ長さａだけずれた配置）のときに可能な構成は０である。

【0053】

図２３は、第１脚部材の長さがＬ＋５ａ（符号５４）の場合とＬ＋６ａ（符号５５）の場合における第２脚部材の状態を示す図である。図２３に示す通り、第１脚部材が符号５４に示す配置のときも符号５５５に示す配置のときも、可能な構成は０である。

【0054】

図２４は、上述の図１７から図２３で説明した、第１脚部材および第２脚部材の長さと配置の各組合せについて、構成の適否の判定結果を整理した表である。この表に示すように、中央３交差部分における可能な構成の合計は２４となる。ここで、側方２交差部分においては２種類のパターンが存在する。したがって、中央３交差部分と側方２交差部分を合わせた合計の組合せとしては、２４と２の最小公倍数である２４となり、２４層を単位として鉄心を構成するのが望ましいことが分かる。また、本実施例により構成した積厚２００ｍｍのアモルファス積鉄心によれば、幅５５０ｍｍで同じ２００ｍｍ厚で構成した電磁鋼板鉄心より、定格電力で比較して騒音が３ｄＢ低下し、本実施例のアモルファス鉄心の効果が確認できた。

【符号の説明】

【0055】

１ 積鉄心
５ 脚部
６ ヨーク部
７ コイル
１１ 第１磁性体部材
１２ 第２磁性体部材
１３ 接合部
３０ 第１の鉄心ブロック体
３１ 第１磁性体部材
３２ 第２磁性体部材
３５ 第２の鉄心ブロック体
３６ 第１磁性体部材
３７ 第２磁性体部材
３９ 階段
４０ 額縁型積鉄心
５０ 短冊型積鉄心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】