JP2005333057A - Transformer iron core and three-phase transformer - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transformer iron core the iron loss of which is much more reduced so as to attain a high efficiency. <P>SOLUTION: The transformer iron core 21 is configured by symmetrically arranging three unit iron cores 22A, 22B, 22C formed almost in the same circular shape, and each formed by laminating electrical steels around one and same axis X in a way that each of the unit iron cores 22A, 22B, 22C is partly in contact with the other two iron cores. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電磁鋼板を積層してなる鉄心を複数組み合わせることで、三相変圧器を構成するための変圧器鉄心、及び三相変圧器に関する。   The present invention relates to a transformer core for constituting a three-phase transformer by combining a plurality of iron cores formed by laminating electromagnetic steel sheets, and a three-phase transformer.

三相変圧器は、例えば図１０に示すように、電磁鋼板を積層してなる４個の鉄心１〜４を一列に配置した５脚構造のものがある。この場合、２つの鉄心１及び２，２及び３，３及び４の一辺が互いに接することで内部に配置される３つの脚５〜７に、コイル８〜１０を夫々巻回する構成となっている。
また、図１１は、同一形状である２つの内鉄心１１，１２を並置し、その外周に外鉄心１３を配置することで、３個鉄心１１〜１３を用いたエバンス方式の三相変圧器である。この場合、外鉄心１３及び内鉄心１１，内鉄心１１及び１２，内鉄心１２及び外鉄心１３の一辺が互いに接することで形成される３つの脚１４〜１６に、コイル１７〜１９を夫々巻回した構成となっている。 For example, as shown in FIG. 10, the three-phase transformer includes a five-leg structure in which four iron cores 1 to 4 formed by laminating electromagnetic steel plates are arranged in a row. In this case, the coils 8 to 10 are wound around the three legs 5 to 7 arranged inside by contacting one side of the two iron cores 1 and 2, 2 and 3, 3 and 4, respectively. Yes.
FIG. 11 shows an Evans type three-phase transformer using three iron cores 11 to 13 by arranging two inner iron cores 11 and 12 having the same shape in parallel and arranging an outer iron core 13 on the outer periphery thereof. is there. In this case, the coils 17 to 19 are wound around the three legs 14 to 16 formed by contacting one side of the outer iron core 13 and the inner iron core 11, the inner iron cores 11 and 12, the inner iron core 12 and the outer iron core 13, respectively. It has become the composition.

その他の三相変圧器に使用される積層鉄心としてはマイター鉄心などがある。これらの変圧器鉄心は、コイルの配置或いは床置き寸法の関係から何れも同列に配置（直線状に整列）されている。
ところで、最近は地球温暖化を防止するなどの観点から、変圧器においても高効率化が進められている。変圧器の損失は、コイルに電流が流れることにより生じるいわゆる銅損と、鉄心の内部に交流磁束が流れることにより発生する鉄損とに大別される。一般に、変圧器は常時フル負荷で使用されることは無く、負荷率が２０％〜６０％程度となる使用形態が主流となっている。特に、変圧器が大型になるほどその低負荷運転が長時間に及ぶようになる。このため、変圧器の効率を向上させるという観点では、銅損よりも常時生じている鉄損を低減することが重視される。 Other examples of laminated iron cores used in three-phase transformers include miter iron cores. These transformer cores are all arranged in the same row (aligned in a straight line) due to the arrangement of the coils or the floor placement.
By the way, recently, from the viewpoint of preventing global warming, the efficiency of transformers has been increased. The loss of the transformer is roughly classified into so-called copper loss caused by current flowing through the coil and iron loss caused by alternating magnetic flux flowing inside the iron core. Generally, a transformer is not always used at a full load, and a usage pattern in which a load factor is about 20% to 60% is mainstream. In particular, the larger the transformer, the longer the low-load operation. For this reason, from the viewpoint of improving the efficiency of the transformer, it is important to reduce the iron loss that always occurs rather than the copper loss.

変圧器の鉄損を低減する方法としては、電磁鋼板のグレードを上げることが考えられるが、これはコストの上昇に直結することから、専ら変圧器鉄心の構成を改善して適正化を図り、鉄心の重量を軽減する方針が進められて来た。
尚、図１０及び図１１に示す従来構成は、変圧器鉄心としては極めて一般的なものであるため、特に先行技術文献を挙げる必要はないと考える。 As a method of reducing the iron loss of the transformer, it is conceivable to raise the grade of the electromagnetic steel sheet, but this directly leads to an increase in cost. Policies to reduce the weight of the iron core have been promoted.
10 and 11 are very general transformer cores, it is not necessary to list any prior art documents.

即ち、変圧器の場合、同列配置を前提とした鉄心構成となっているため、図１０に示す５脚鉄心では４個の鉄心がほぼ同等の損失を発生する。また、図１１に示すエバンス鉄心では鉄心を３個しか用いないが、外鉄心１３の寸法が内鉄心１１，１２に対して大きくなることで余分の鉄損が発生していた。従って、これらは、三相変圧器にとって必ずしも適切な鉄心構成であるとは言えない。   That is, in the case of a transformer, since it has an iron core configuration premised on the same row arrangement, in the five-leg iron core shown in FIG. 10, four iron cores generate almost the same loss. Further, although only three iron cores are used in the Evans iron core shown in FIG. 11, an extra iron loss occurs because the size of the outer iron core 13 is larger than that of the inner iron cores 11 and 12. Therefore, it cannot be said that these are core structures suitable for a three-phase transformer.

上述した５脚鉄心やエバンス鉄心は、巻装される三相コイルに対して対称な配置構成を形づくっていないため、各相のコイルに正弦波電圧を加えても夫々の鉄心に流れる磁束波形はひずみ、また、発生する磁束密度量はアンバランスとなってしまう。従って、磁束波形には高調波成分が含まれることになり、この高調波成分による鉄損が付加されてしまう。加えて、磁束のアンバランスに起因して鉄心によっては磁束密度値（ピーク値）が非常に高くなり、磁気飽和に至って損失の急増を招く場合がある。これもまた余分な鉄損として加わることで、同列配置構造を採る三相鉄心の鉄損はトータルで増加を来している。   Since the above-described five-legged iron core and Evans iron core do not form a symmetrical arrangement with respect to the three-phase coil to be wound, even if a sinusoidal voltage is applied to each phase coil, the magnetic flux waveform flowing through each iron core is The strain and the amount of magnetic flux density generated are unbalanced. Therefore, a harmonic component is included in the magnetic flux waveform, and an iron loss due to the harmonic component is added. In addition, the magnetic flux density value (peak value) may be very high depending on the iron core due to the magnetic flux unbalance, which may lead to magnetic saturation and a rapid increase in loss. This is also added as an extra iron loss, and the total iron loss of the three-phase cores with the same arrangement structure is increasing.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄損をより低減させて高い効率を得ることができる変圧器鉄心、及び三相変圧器を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to provide a transformer core and a three-phase transformer which can obtain a high efficiency by reducing an iron loss more.

請求項１記載の変圧器鉄心は、三相変圧器を構成するため、電磁鋼板を積層してなる略同一形状の３個の単位鉄心を、同一の軸を中心として対称に配置したことを特徴とする。斯様に構成すれば、２つの単位鉄心が対抗する部分を脚として三相コイルを巻装すれば、それらのコイルに対して３個の単位鉄心の配置が対称性を有することになる。従って、本発明の変圧器鉄心を用いて変圧器を構成すると、各単位鉄心に発生する磁束波形の歪がより小さくなるので、三相変圧器に生じる鉄損が従来の構成よりも減少するようになる。   In order to constitute a three-phase transformer, the transformer core according to claim 1 is characterized in that three unit iron cores having substantially the same shape formed by laminating electromagnetic steel plates are arranged symmetrically about the same axis. And If comprised in this way, if a three-phase coil is wound by using the part which two unit cores oppose as a leg, arrangement | positioning of three unit cores will have symmetry with respect to those coils. Therefore, when the transformer is configured using the transformer core of the present invention, the distortion of the magnetic flux waveform generated in each unit core is smaller, so that the iron loss generated in the three-phase transformer is smaller than in the conventional configuration. become.

請求項８記載の変圧器鉄心は、電磁鋼板を積層してなる鉄心を複数組み合わせることで、三相変圧器を構成するものであり、
矩形状に形成される２個の小鉄心を、何れかの一辺が互いに接するように配置し、
前記２個の小鉄心を配置した状態の外形寸法と略同一寸法となる矩形状に形成される大鉄心を、前記２個の小鉄心に対して外周面が略面一となるように並列配置したことを特徴とする。 The transformer iron core according to claim 8 constitutes a three-phase transformer by combining a plurality of iron cores formed by laminating electromagnetic steel sheets,
Two small iron cores formed in a rectangular shape are arranged so that either one side is in contact with each other,
A large iron core formed in a rectangular shape having substantially the same dimensions as the two small iron cores is arranged in parallel so that the outer peripheral surface thereof is substantially flush with the two small iron cores. It is characterized by that.

斯様に変圧器鉄心を構成すれば、２個の小鉄心が共通に接する部分と、大鉄心と２個の小鉄心が夫々接する部分とで３つの脚が構成されるので、夫々にコイルを巻回することで三相変圧器を構成することができる。そして、本発明の２個の小鉄心と大鉄心とは、エバンス鉄心の構成に対応付けると、２個の内鉄心とその外側に配置される外鉄心とに対応することになる。   If the transformer core is configured in this way, three legs are composed of the portion where the two small iron cores are in common contact and the portion where the large iron core and the two small iron cores are in contact with each other. A three-phase transformer can be configured by winding. Then, the two small iron cores and the large iron core according to the present invention correspond to the two inner iron cores and the outer iron cores arranged on the outside thereof when associated with the configuration of the Evans iron core.

ここで、両者を比較すると、本発明の大鉄心はエバンス鉄心の外鉄心に対して磁気回路長が短くなっているので、鉄損がより少なくなる。また、大鉄心の磁気回路長は小鉄心の磁気回路長により近付くことで磁束波形の歪も小さくなるので、その点でも鉄損がより少なくなる。   Here, when both are compared, since the magnetic core length of the large iron core of the present invention is shorter than the outer iron core of the Evans iron core, the iron loss is further reduced. In addition, since the magnetic circuit length of the large iron core becomes closer to the magnetic circuit length of the small iron core, the distortion of the magnetic flux waveform is reduced, so that the iron loss is further reduced.

請求項９記載の三相変圧器は、矩形状に形成され、一列に配置される３個の鉄心と、
前記３個の鉄心において、２つの鉄心辺が接する内側の２脚に巻回される二相分の主コイル及び外側の２脚に巻回される２つの副コイルとを備え、
前記２つの副コイルを互いに接続することで、残り一相分の主コイルを構成したことを特徴とする。斯様に構成すれば、３個の鉄心を一列に配置することで三相変圧器を構成することができる。 The three-phase transformer according to claim 9 is formed in a rectangular shape, three iron cores arranged in a row,
In the three iron cores, a two-phase main coil wound around two inner coils and two auxiliary coils wound around the outer two legs, each of which includes two inner cores that are in contact with each other, and
The two subcoils are connected to each other to form a main coil for the remaining one phase. If comprised in this way, a three-phase transformer can be comprised by arrange | positioning three iron cores in a line.

請求項１記載の変圧器鉄心によれば、各単位鉄心に発生する磁束波形の歪がより小さくなることで、従来の構成よりも三相変圧器に生じる鉄損が減少するようになり、変圧器の効率を向上させることができる。   According to the transformer core of claim 1, since the distortion of the magnetic flux waveform generated in each unit core becomes smaller, the iron loss generated in the three-phase transformer is reduced compared to the conventional configuration, The efficiency of the vessel can be improved.

請求項８記載の変圧器鉄心によれば、従来のエバンス鉄心よりも鉄損がより少なくなるので、変圧器の効率を向上させることができる。   According to the transformer core of claim 8, since the iron loss is smaller than that of the conventional Evans core, the efficiency of the transformer can be improved.

請求項９記載の三相変圧器によれば、３個の鉄心を一列に配置することで三相変圧器を構成することができるので、従来よりも少ない鉄心数で変圧器を構成することができ、鉄損が少なく、且つ小型の変圧器を構成することができる。   According to the three-phase transformer of claim 9, since the three-phase transformer can be configured by arranging three iron cores in a row, it is possible to configure the transformer with a smaller number of iron cores than in the past. The iron loss can be reduced, and a small transformer can be configured.

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施例に係る変圧器鉄心２１の構成を示す平面図である。即ち、電磁鋼板を積層して、積層方向の断面形状が略同一の円筒形状となるように３個の単位鉄心２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを形成している。そして、それらの単位鉄心２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを、軸Ｘを中心として対称となるように中心角が１２０度間隔をなすように配置し、２つの単位鉄心２２が接する部分を各１組の脚２３Ｕ，２３Ｖ，２３Ｗとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗを巻回している。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a transformer core 21 according to the present embodiment. That is, the magnetic steel sheets are laminated, and the three unit iron cores 22A, 22B, and 22C are formed so that the cross-sectional shapes in the lamination direction are substantially the same cylindrical shape. The unit cores 22A, 22B, and 22C are arranged so that the central angles are 120 degrees apart so as to be symmetric with respect to the axis X, and the portion where the two unit cores 22 are in contact with each other is a pair of legs. Coils 24U, 24V, and 24W for U, V, and W phases are wound as 23U, 23V, and 23W.

図２には、図１１に示したようなエバンス鉄心を構成する各鉄心１１〜１３に流れる磁束波形（ｂ）と、本実施例における変圧器鉄心２１を構成する各単位鉄心２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに流れる磁束波形（ａ）とを示す。尚、図１０に示したような５脚鉄心については、磁束波形の挙動がエバンス鉄心と同じであることを記しておく。
図２（ｂ）に示すように、エバンス鉄心においては、磁束波形の頂上部にくぼみが生じているが、これは主に３次と５次の高調波磁束成分が際立って大きくなっていることで、波形が歪んだものである。これらの高調波成分は、鉄損を経験的に次数の１．７〜１．８乗で増加させるため、その磁束量が少なくても大きな損失を発生することは良く知られている。また、この磁束波形のくぼみにより、いわゆるマイナーループ損と呼ばれる損失も発生するため、先の高調波鉄損と併せて鉄心に発生する鉄損をトータルで大幅に増加させることになる。 2 shows a magnetic flux waveform (b) flowing through each of the iron cores 11 to 13 constituting the Evans iron core as shown in FIG. 11 and each of the unit iron cores 22A, 22B, and 22C constituting the transformer iron core 21 in this embodiment. Shows a magnetic flux waveform (a) flowing through. It should be noted that the behavior of the magnetic flux waveform of the five-legged iron core as shown in FIG. 10 is the same as that of the Evans iron core.
As shown in FIG. 2 (b), in the Evans iron core, a dent is formed at the top of the magnetic flux waveform. This is mainly because the third-order and fifth-order harmonic magnetic flux components are significantly increased. The waveform is distorted. Since these harmonic components empirically increase the iron loss by the order of 1.7 to 1.8, it is well known that a large loss occurs even if the amount of magnetic flux is small. Moreover, since the so-called minor loop loss is also generated due to the depression of the magnetic flux waveform, the iron loss generated in the iron core together with the previous harmonic iron loss is greatly increased in total.

尚、図２（ｂ）に示す「左脚」とは、図１１に示したエバンス鉄心において、外鉄心１３及び内鉄心１１で構成される脚１４に対応するもので、「左脚」の磁束波形は「外鉄心」と「内鉄心（左）」との合成（差）となっており、略正弦波状を示している。
これに対して、図２（ａ）に示すように、本発明の変圧器鉄心２１における磁束波形には波形頂上にくぼみがなく、エバンス鉄心のような高調波成分に基づく損失は基本的に発生することがない。 Note that the “left leg” shown in FIG. 2B corresponds to the leg 14 composed of the outer iron core 13 and the inner iron core 11 in the Evans iron core shown in FIG. The waveform is a composite (difference) between the “outer iron core” and the “inner iron core (left)”, and shows a substantially sine wave shape.
On the other hand, as shown in FIG. 2 (a), the magnetic flux waveform in the transformer core 21 of the present invention has no depression at the top of the waveform, and losses based on harmonic components such as the Evans core are basically generated. There is nothing to do.

ただし、磁束密度のピーク値はエバンス鉄心のそれよりも高くなる傾向を示しているため、これによる損失の増加分は存在する。以下には、磁束密度を１．８Ｔとした場合に、５脚鉄心と本発明の変圧器鉄心２１とについて発生した鉄損を夫々測定した結果を示す。
鉄心構成 発明品 ５脚鉄心 発明品／５脚鉄心
三相鉄損 ９３Ｗ １３５Ｗ ６９％
発明品は、５脚鉄心に対して約７０％程度の鉄損低減が図れることが確認された。このように鉄損の低減が図れる理由としては、上述したような損失の差によるものと、鉄心個数が１つ少ないことが挙げられる。尚、図２（ａ）に示す「Ｕ」は、単位鉄心２２Ａ，２２Ｂによって構成される脚２３Ｕにおける磁束波形である。 However, since the peak value of the magnetic flux density tends to be higher than that of the Evans core, there is an increase in loss due to this. Below, when magnetic flux density is 1.8T, the result of having measured the iron loss which generate | occur | produced about the 5-legged iron core and the transformer core 21 of this invention is shown, respectively.
Iron core configuration Invention product 5-legged iron core Invention product / 5-legged iron core Three-phase iron loss 93W 135W 69%
It was confirmed that the inventive product can reduce the iron loss by about 70% with respect to the five-legged iron core. The reason why the iron loss can be reduced in this way is due to the difference in loss as described above and that the number of iron cores is one less. Note that “U” shown in FIG. 2A is a magnetic flux waveform in the leg 23U constituted by the unit cores 22A and 22B.

以上のように本実施例によれば、電磁鋼板を積層してなる略同一の円形状の３個の単位鉄心２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを、同一の軸Ｘを中心として対称に配置した。従って、各単位鉄心２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの配置が各相コイル２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに対して対象となるので、三相変圧器を構成した場合に、従来の構成よりも鉄損が減少するようになり、変圧器の効率を向上させることができる。また、各単位鉄心２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが、互いに他の２つの単位鉄心と一部が接するようにして配置したので、変圧器鉄心２１を小型に構成することができる。   As described above, according to the present embodiment, three substantially identical circular unit iron cores 22A, 22B, and 22C formed by laminating electromagnetic steel sheets are arranged symmetrically about the same axis X. Therefore, since the arrangement of the unit cores 22A, 22B, and 22C is targeted with respect to the phase coils 24U, 24V, and 24W, when a three-phase transformer is configured, the iron loss is reduced as compared with the conventional configuration. Thus, the efficiency of the transformer can be improved. Moreover, since each unit iron core 22A, 22B, 22C has arrange | positioned so that a part may mutually contact two other unit iron cores, the transformer core 21 can be comprised small.

（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例を示すものである。第２実施例の変圧器鉄心２５は、３つの単位鉄心２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの積層方向断面形状を、略同一の略三角形状に形成している。そして、第１実施例と同様に、単位鉄心２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを、軸Ｘを中心として対称となるように配置し、２つの鉄心２６が接する部分を各１組の脚２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗを巻回している。 (Second embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the transformer core 25 of the second embodiment, the cross-sectional shapes in the stacking direction of the three unit cores 26A, 26B, and 26C are formed in substantially the same substantially triangular shape. Similarly to the first embodiment, the unit cores 26A, 26B, and 26C are arranged so as to be symmetric with respect to the axis X, and the portions where the two cores 26 are in contact with each other are a pair of legs 27U, 27V, and 27W. The coils 28U, 28V, and 28W of U, V, and W phases are wound.

以上のように第２実施例によれば、単位鉄心２６を略三角形状とすることで、コイル２８が配置される鉄心辺部分は直線状に形成されるため、鉄心窓内におけるコイル２８の設置面積をより大きく取ることができる。また、コイル２８を角筒或いは円筒形状にできることから、コイル２８の窓内の占積率を高くすることができ、結果としてコイル２８に流れる電流密度を低減して銅損を減らすことができる。更に本形状の鉄心２６は磁気回路長さを最小にできるので、鉄心２６の体積を減らすことができ鉄損も低減されている。   As described above, according to the second embodiment, when the unit core 26 is formed in a substantially triangular shape, the iron core side portion where the coil 28 is disposed is formed in a straight line shape, so that the coil 28 is installed in the iron core window. A larger area can be taken. Further, since the coil 28 can be formed into a rectangular tube or a cylindrical shape, the space factor in the window of the coil 28 can be increased, and as a result, the current density flowing through the coil 28 can be reduced and the copper loss can be reduced. Further, since the iron core 26 of this shape can minimize the length of the magnetic circuit, the volume of the iron core 26 can be reduced and the iron loss is also reduced.

（第３実施例）
図４は本発明の第３実施例を示すものである。第３実施例の変圧器鉄心２９は、３つの単位鉄心３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを略同一の略円弧状に形成し、第１，第２実施例と同様に、軸Ｘを中心として対称となるように配置し、２つの単位鉄心３０が接する部分を各１組の脚３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを巻回している。尚、コイル３２は、単位鉄心３０と同様な形状、或いは通常の角筒，円筒で構わない。 (Third embodiment)
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In the transformer core 29 of the third embodiment, the three unit cores 30A, 30B, and 30C are formed in substantially the same arc shape, and are symmetric about the axis X as in the first and second embodiments. The portions where the two unit cores 30 are in contact with each other are set as a pair of legs 31U, 31V, 31W, and coils U, V, W of each phase 32U, 32V, 32W are wound. The coil 32 may have the same shape as the unit core 30, or a normal square tube or cylinder.

ここで、変圧器は電力用、配電用などの用途により容量，形状が異なる。特に柱上変圧器など地上から離れた柱の上などに設置させる小形の変圧器では、小形，コンパクト性が要求される。一般に、柱上変圧器において、柱に直接支持金具で設置する小容量タイプや柱に横梁を渡して梁上に設置する中容量タイプなどは、重量やバランスなどの関係で大きな容量の変圧器を設置することができない。例えば、マンション，個人病院など大きな電力を使用するユーザに対しては借室用の変圧器やキュービクルなどを設置して受電しているのが一般的である。この場合、当然、設置場所などスペースの面とコスト面でユーザに大きな負担がかかることになる。   Here, the capacity and shape of the transformer differ depending on the use such as for power and distribution. In particular, small transformers that are installed on pillars that are far from the ground, such as pole transformers, are required to be small and compact. In general, in the transformer on the pole, the small capacity type that is installed directly on the pillar with the support bracket, and the medium capacity type that is installed on the beam by passing the beam to the pillar, etc. It cannot be installed. For example, a user who uses a large amount of power, such as a condominium or a private hospital, generally receives power by installing a transformer for a rented room or a cubicle. In this case, as a matter of course, a large burden is placed on the user in terms of space such as the installation location and cost.

そして、第３実施例のように単位鉄心３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを略円弧状に形成すれば、それらを軸Ｘを中心に配置することで中央部分に略円形の空間が形成される。従って、その空間部分に、円形の柱３３を貫通させることができるので、変圧器鉄心２９は、柱３３を抱きかかえるように配置される中空タイプの柱上トランスを構成するのに好適となっている。また、変圧器鉄心２９の外形も円形となるので、変圧器鉄心２９を円形の筐体（タンク）に収めるのに都合が良い。この場合、変圧器の重心は、当然柱３３の中心軸Ｘ上に加わり、形状も軸対称となっているので、バランスが良く、従ってより大きな容量の変圧器を配置することが可能となる。   And if unit iron core 30A, 30B, 30C is formed in a substantially circular arc shape like 3rd Example, the substantially circular space will be formed in the center part by arrange | positioning them centering on the axis | shaft X. Therefore, since the circular pillar 33 can be penetrated in the space portion, the transformer core 29 is suitable for constituting a hollow type pillar transformer arranged so as to hold the pillar 33. Yes. Further, since the outer shape of the transformer core 29 is also circular, it is convenient to store the transformer core 29 in a circular casing (tank). In this case, the center of gravity of the transformer is naturally added on the central axis X of the pillar 33, and the shape is also axially symmetric. Therefore, the balance is good, and therefore it is possible to arrange a transformer having a larger capacity.

（第４実施例）
図５は、本発明の第４実施例を示すものである。第４実施例の変圧器鉄心３４は、３つの単位鉄心３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃによって構成される。それらの積層方向断面形状は、第２実施例の単位鉄心２６に近似しているが、頂角を１２０度とする三角形の底辺に相当する部分が円弧を描くように形成されている。そして、上記各実施例と同様に、単位鉄心３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを、軸Ｘを中心として対称となるように配置する。 (Fourth embodiment)
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. The transformer core 34 of the fourth embodiment is composed of three unit cores 35A, 35B, and 35C. Their cross-sectional shape in the stacking direction is similar to the unit core 26 of the second embodiment, but is formed so that a portion corresponding to the base of a triangle having an apex angle of 120 degrees draws an arc. Then, similarly to the above embodiments, the unit cores 35A, 35B, and 35C are arranged so as to be symmetric about the axis X.

但し、各単位鉄心３５は、他の２つの鉄心と対向する辺部分が接しておらず、所定の間隔を有して平行となるように配置されている。そして、２つの単位鉄心３５が対向する部分を各１組の脚３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗを巻回している。以上のように構成することで、変圧器鉄心３４の外周形状は概ね六角形をなしている。   However, the unit cores 35 are arranged so that the side portions facing the other two cores are not in contact with each other and are parallel to each other with a predetermined interval. The portions where the two unit cores 35 face each other are set as a pair of legs 36U, 36V, 36W, and coils 50U, 50V, 50W of U, V, W phases are wound. By configuring as described above, the outer peripheral shape of the transformer core 34 is generally hexagonal.

第４実施例では、第３実施例のように柱上変圧器を構成することを前提とした場合に、鉄心体積がより小さくなるように、コイルスペースが最低限確保される範囲で磁気回路長を短くしたものである。そのため、単位鉄心３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの総体積は非常に小さくなり、発生する鉄損も当然少なくなる。
また、コイル５０が装着され、脚３６を構成する鉄心辺を、隣り合う単位鉄心３５同士でほぼ平行に対向配置することで、対向する単位鉄心３５間に巻装されるコイル５０に、極一般的に使用されている角筒コイルや円筒コイルが使用可能となっている。これにより、鉄心窓内のコイル５０の占積率を高めることが出来る。もともと、コイル５０は別工程で作られる為、直線形状の鉄心脚が製造上も好ましく、これらを勘案した鉄心構成となっている。 In the fourth embodiment, when it is assumed that the pole transformer is configured as in the third embodiment, the length of the magnetic circuit is within a range in which the coil space is secured at a minimum so that the iron core volume becomes smaller. Is shortened. Therefore, the total volume of the unit cores 35A, 35B, and 35C becomes very small, and the generated iron loss naturally decreases.
Moreover, the coil 50 is mounted, and the iron core sides constituting the legs 36 are arranged substantially opposite to each other between the adjacent unit iron cores 35, so that the coil 50 wound between the unit iron cores 35 facing each other is extremely common. A square coil or a cylindrical coil that is commonly used can be used. Thereby, the space factor of the coil 50 in an iron core window can be raised. Originally, since the coil 50 is manufactured in a separate process, a linear iron core leg is preferable in manufacturing, and has an iron core configuration taking these into consideration.

但し、各単位鉄心３５を互いに間隔をあけて配置したことからコイル５０の周回長が長くなり、その分だけ銅損は高くなる。従って、所定負荷率に対する全損失が適正となるように、銅損と鉄損との兼ね合い（トレードオフ）によって端子鉄心３５及びコイル５０の寸法を決定する必要がある。
以上のように構成した第４実施例による場合も、第３実施例と同様に柱上変圧器を構成することができる。 However, since the unit iron cores 35 are spaced apart from each other, the winding length of the coil 50 is increased, and the copper loss is increased accordingly. Therefore, it is necessary to determine the dimensions of the terminal core 35 and the coil 50 based on the trade-off between the copper loss and the iron loss so that the total loss for the predetermined load factor is appropriate.
In the case of the fourth embodiment configured as described above, a pole transformer can be configured in the same manner as in the third embodiment.

（第５実施例）
図６及び図７は、本発明の第５実施例を示すものである。第５実施例の変圧器鉄心３７は、図１１に示すエバンス鉄心のように、積層方向の断面形状が矩形状に形成される２個の小鉄心３８Ｌ，３８Ｒを一辺が互いに接するように配置し、それら２個の小鉄心３８Ｌ，３８Ｒを配置した状態の外形寸法と略同一寸法の矩形状に形成される大鉄心３９を、小鉄心３８Ｌ，３８Ｒに対して外周面が略面一となるように、並列に配置して構成されている。尚、図６は斜視図であるが、大鉄心３９は２つの小鉄心３８Ｌ，３８Ｒの奥側に配置されている。
そして、大鉄心３９と小鉄心３８Ｌ，小鉄心３８及び３８Ｒ，小鉄心３８Ｒと大鉄心３９が夫々接している部分に３つの脚４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗが構成されており（図７参照）、それらにコイル４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗを巻回している。また、図７は、変圧器鉄心３７の横断平面図である。 (5th Example)
6 and 7 show a fifth embodiment of the present invention. In the transformer core 37 of the fifth embodiment, like the Evans core shown in FIG. 11, two small cores 38L and 38R having a rectangular cross-sectional shape in the stacking direction are arranged so that one side is in contact with each other. The large iron core 39 formed in a rectangular shape having substantially the same dimensions as the outer dimensions of the two small iron cores 38L and 38R is arranged so that the outer peripheral surface thereof is substantially flush with the small iron cores 38L and 38R. Are arranged in parallel. Although FIG. 6 is a perspective view, the large iron core 39 is disposed on the back side of the two small iron cores 38L and 38R.
And three legs 40U, 40V, and 40W are comprised in the part which the large iron core 39 and the small iron core 38L, the small iron cores 38 and 38R, the small iron core 38R, and the large iron core 39 contact | connect, respectively (refer FIG. 7). The coils 41U, 41V, and 41W are wound around. FIG. 7 is a cross-sectional plan view of the transformer core 37.

ここで、第５実施例における２個の小鉄心３８と大鉄心３９とを、図１１に示すエバンス鉄心の構成に対応付けると、２個の内鉄心１１及び１２と外鉄心１３とに対応することになる。両者を比較すると、大鉄心３９は、エバンス鉄心の外鉄心１３に対して磁気回路長が短くなっているので、鉄損がより少なくなる。また、大鉄心３９の磁気回路長は小鉄心３８の磁気回路長により近付いているので磁束波形の歪も小さくなり、高調波磁束による鉄損の発生もより少なくなる。
また、コイル４１は、中央脚４０Ｖに設置するものと両側の外脚４０Ｕ，４０Ｗに設置するものの２種類必要となるが、鉄心の厚さと幅とを調整して揃えることで１種類のコイルで流用することも可能である。 Here, when the two small iron cores 38 and the large iron core 39 in the fifth embodiment are associated with the configuration of the Evans iron core shown in FIG. 11, they correspond to the two inner iron cores 11 and 12 and the outer iron core 13. become. Comparing the two, the large iron core 39 has a shorter magnetic circuit length than the outer iron core 13 of the Evans iron core, so that the iron loss is reduced. Further, since the magnetic circuit length of the large iron core 39 is closer to the magnetic circuit length of the small iron core 38, the distortion of the magnetic flux waveform is reduced, and the generation of iron loss due to the harmonic magnetic flux is also reduced.
Two types of coils 41 are required, one installed on the central leg 40V and the other installed on the outer legs 40U and 40W on both sides. By adjusting and adjusting the thickness and width of the iron core, one type of coil can be used. It is also possible to divert.

（第６実施例）
図８及び図９は、本発明の第６実施例を示すものである。図１０においては、４個の鉄心１〜４を一列に配置することで５脚構造の変圧器鉄心を構成したが、第６実施例では、３個の鉄心４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃを一列に配置することで４脚構造の変圧器鉄心４３を構成している。即ち、鉄心４２Ａの図８中左端側が脚４４Ｕ’を構成し、鉄心４２Ａ及び４２Ｂ，鉄心４２Ｂ及び４２Ｃが接している部分が夫々脚４４Ｖ，４４Ｗを構成し、鉄心４２Ｃの図８中右端側が脚４４Ｕ’’を構成している。
そして、夫々の脚４４Ｕ’，４４Ｖ，４４Ｗ，４４Ｕ’’には、コイル４５Ｕ’（副コイル），４５Ｖ，４５Ｗ（主コイル），４５Ｕ’’ （副コイル）が巻回されており、両端に配置されているコイル４５Ｕ’と４５Ｕ’’とが接続されることで、コイル４５Ｕ（主コイル）が構成されている。以上が三相変圧器４６を構成している。 (Sixth embodiment)
8 and 9 show a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 10, a transformer core having a five-leg structure is configured by arranging four iron cores 1 to 4 in a row, but in the sixth embodiment, three iron cores 42A, 42B, and 42C are arranged in a row. By doing so, a transformer core 43 having a four-leg structure is formed. That is, the left end side in FIG. 8 of the iron core 42A constitutes the leg 44U ′, the portions where the iron cores 42A and 42B and the iron cores 42B and 42C are in contact constitute the legs 44V and 44W, respectively, and the right end side in FIG. 44U ″.
Each leg 44U ′, 44V, 44W, 44U ″ is wound with a coil 45U ′ (subcoil), 45V, 45W (main coil), 45U ″ (subcoil). A coil 45U (main coil) is configured by connecting the disposed coils 45U ′ and 45U ″. The above constitutes the three-phase transformer 46.

図９は、変圧器鉄心４３における磁束の流れを模式的に示す図である。ここで、図８に示すコイル４５Ｕ’，４５Ｖ，４５Ｗ，４５Ｕ’’を、図９ではコイルＵ１，Ｖ，Ｗ，Ｕ２に対応させると、各相に配置したコイルに加わる電圧は下記のように表される。
（Ｖ相電圧）＝Ｎ×d／dt（φ１−φ２）
（Ｗ相電圧）＝Ｎ×d／dt（φ２−φ３）
（Ｕ相電圧）＝Ｎ×d／dt（φ３−φ１）
＝Ｎ×dφ３／dt−Ｎ×ｄφ１／dt＝Ｕ１＋Ｕ２
但し、Ｎはコイルの巻数、φ１〜φ３は各鉄心４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに流れる磁束である。即ち、脚４４Ｕ’，４４Ｕ’’に配した補助コイルＵ１，Ｕ２一対を接続することにより、脚４４Ｖ，４４Ｗに配したコイルＶ，Ｗと同様に主コイルが形成されるので、三相変圧器４５を構成することが可能となる。 FIG. 9 is a diagram schematically showing the flow of magnetic flux in the transformer core 43. Here, when the coils 45U ′, 45V, 45W, 45U ″ shown in FIG. 8 are made to correspond to the coils U1, V, W, U2 in FIG. 9, the voltages applied to the coils arranged in each phase are as follows: expressed.
(V phase voltage) = N × d / dt (φ1-φ2)
(W-phase voltage) = N × d / dt (φ2-φ3)
(U phase voltage) = N × d / dt (φ3-φ1)
= N * d [phi] 3 / dt-N * d [phi] 1 / dt = U1 + U2
However, N is the number of turns of the coil, and φ1 to φ3 are magnetic fluxes flowing through the iron cores 42A, 42B, and 42C. That is, by connecting a pair of auxiliary coils U1, U2 arranged on the legs 44U ′, 44U ″, a main coil is formed in the same manner as the coils V, W arranged on the legs 44V, 44W. 45 can be configured.

この場合、４つのコイル４５Ｕ’，４５Ｖ，４５Ｗ，４５Ｕ’’を製作する必要があるが、同列配置（直線配置）で変圧器鉄心４３を形成することができ、床面積の小さな場所への設置などに対応することができる。また、図１０に示す５脚鉄心に比較して、使用する鉄心の数が１つ少なくなるので、鉄損のより少ない変圧器を提供できる。   In this case, four coils 45U ′, 45V, 45W, and 45U ″ need to be manufactured, but the transformer core 43 can be formed in the same row arrangement (straight line arrangement) and installed in a place with a small floor area. Etc. Further, since the number of iron cores used is reduced by one as compared with the five-legged iron core shown in FIG. 10, a transformer with less iron loss can be provided.

本発明は上記しまたは図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第１乃至第３実施例においても、第４実施例と同様に、コイルを巻装するための都合に応じて、単位鉄心を所定の間隔を以って配置するようにしても良い。
また、単位鉄心の形状は、第１乃至第４実施例に示すものに限らない。例えば、第２実施例における変圧器鉄心２５の外形は概ね三角形となっており、第４実施例における変圧器鉄心３４の外形は概ね六角形となっている。その他、コイルが配置される単位鉄心の鉄心辺は直線状に形成し、残りの部分を適宜変形させて、鉄心窓内におけるコイルの設置面積やコイル形状などに応じて適当な多角形を構成することで、それらを組み合わせた変圧器鉄心の外形が適当な多角形を構成するようにしても良い。即ち、コイルの形状は、容量，インピーダンス，銅損仕様によって変えなければならないが、それが最密に収められる鉄心形状を得ることで、結果としてコイルに流れる電流密度を低減し、銅損を減らすことも可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above or shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
Also in the first to third embodiments, similarly to the fourth embodiment, the unit cores may be arranged at a predetermined interval in accordance with the convenience for winding the coil.
Further, the shape of the unit core is not limited to that shown in the first to fourth embodiments. For example, the outer shape of the transformer core 25 in the second embodiment is generally triangular, and the outer shape of the transformer core 34 in the fourth embodiment is generally hexagonal. In addition, the iron core side of the unit core where the coil is arranged is formed in a straight line, and the remaining part is appropriately deformed to form an appropriate polygon according to the coil installation area, coil shape, etc. in the iron core window. Thus, the outer shape of the transformer core that combines them may form an appropriate polygon. That is, the shape of the coil must be changed according to the capacity, impedance, and copper loss specifications, but by obtaining an iron core shape that can be closely packed, the current density flowing in the coil is reduced as a result, and the copper loss is reduced. It is also possible.

本発明の第１実施例であり、変圧器鉄心の構成を示す平面図The top view which is 1st Example of this invention and shows the structure of a transformer core （ａ）は本実施例における変圧器鉄心を構成する各単位鉄心に流れる磁束波形、（ｂ）は図１１に示すようなエバンス鉄心を構成する各鉄心に流れる磁束波形を示す図(A) is a magnetic flux waveform flowing through each unit core constituting the transformer core in this embodiment, and (b) is a diagram showing a magnetic flux waveform flowing through each iron core constituting the Evans iron core as shown in FIG. 本発明の第２実施例を示す図１相当図FIG. 1 equivalent view showing a second embodiment of the present invention. 本発明の第３実施例を示す図１相当図FIG. 1 equivalent view showing a third embodiment of the present invention. 本発明の第４実施例を示す図１相当図FIG. 1 equivalent view showing a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第５実施例であり、変圧器鉄心の構成を示す斜視図The perspective view which is 5th Example of this invention and shows the structure of a transformer core. 変圧器鉄心の横断平面図Transverse plan view of transformer core 本発明の第６実施例であり、変圧器鉄心の構成を示す正面図The front view which is 6th Example of this invention and shows the structure of a transformer core 変圧器鉄心における磁束の流れを模式的に示す図Diagram showing the flow of magnetic flux in the transformer core 従来技術を示す、５脚鉄心の構成を示す図８相当図FIG. 8 equivalent view showing the structure of a five-legged iron core showing the prior art エバンス鉄心の構成を示す図８相当図Fig. 8 equivalent diagram showing the structure of the Evans core

符号の説明Explanation of symbols

図面中、２１は変圧器鉄心、２２は単位鉄心、２３は脚、２４はコイル、２５は変圧器鉄心、２６は単位鉄心、２７は脚、２８はコイル、２９は変圧器鉄心、３０は単位鉄心、３１は脚、３２はコイル、３４は変圧器鉄心、３５は単位鉄心、３６は脚、３７は変圧器鉄心、３８は小鉄心、３９は大鉄心、４０は脚、４１はコイル、４２は鉄心、４３は変圧器鉄心、４４は脚、４５Ｕ’及び４５Ｕ’’はコイル（副コイル）、４５Ｖ，４５Ｗはコイル（主コイル）、４５Ｕはコイル（主コイル）、４６は三相変圧器、５０はコイルを示す。

In the drawings, 21 is a transformer core, 22 is a unit core, 23 is a leg, 24 is a coil, 25 is a transformer core, 26 is a unit core, 27 is a leg, 28 is a coil, 29 is a transformer core, and 30 is a unit. Iron core, 31 leg, 32 coil, 34 transformer core, 35 unit iron core, 36 leg, 37 transformer core, 38 small iron core, 39 large iron core, 40 leg, 41 coil, 42 Is a core, 43 is a transformer core, 44 is a leg, 45U ′ and 45U ″ are coils (secondary coils), 45V and 45W are coils (main coils), 45U is a coil (main coils), and 46 is a three-phase transformer. , 50 indicates a coil.

Claims (9)

三相変圧器を構成するため、電磁鋼板を積層してなる略同一形状の３個の単位鉄心を、同一の軸を中心として対称に配置したことを特徴とする変圧器鉄心。   A transformer core characterized in that three unit cores having substantially the same shape formed by laminating electromagnetic steel plates are arranged symmetrically about the same axis in order to constitute a three-phase transformer. 単位鉄心の積層方向における断面形状を、円形に形成したことを特徴とする請求項１記載の変圧器鉄心。   2. The transformer core according to claim 1, wherein the cross-sectional shape in the stacking direction of the unit cores is formed in a circular shape. 単位鉄心の積層方向における断面形状を、多角形に形成したことを特徴とする請求項１記載の変圧器鉄心。   2. The transformer core according to claim 1, wherein the cross-sectional shape in the stacking direction of the unit cores is formed in a polygonal shape. 単位鉄心の積層方向における断面形状を、略三角形に形成したことを特徴とする請求項３記載の変圧器鉄心。   4. The transformer core according to claim 3, wherein the cross-sectional shape in the stacking direction of the unit cores is formed in a substantially triangular shape. 単位鉄心の積層方向における断面形状を、略円弧状に形成したことを特徴とする請求項１記載の変圧器鉄心。   2. The transformer core according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the unit cores in the stacking direction is formed in a substantially arc shape. 単位鉄心の積層方向における断面形状を、他の単位鉄心と対向する部分が直線をなすように形成し、
各単位鉄心を、他の単位鉄心と対向する部分が略平行となるように配置したことを特徴とする請求項１記載の変圧器鉄心。 The cross-sectional shape of the unit core in the stacking direction is formed so that the part facing the other unit core forms a straight line,
2. The transformer core according to claim 1, wherein each unit core is disposed so that a portion facing another unit core is substantially parallel. 各単位鉄心を、互いに他の２つの単位鉄心と一部が接するようにして配置したことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の変圧器鉄心。   The transformer core according to any one of claims 1 to 6, wherein each unit core is arranged so that a part thereof is in contact with the other two unit cores. 電磁鋼板を積層してなる鉄心を複数組み合わせることで、三相変圧器を構成するものであり、
矩形状に形成される２個の小鉄心を、何れかの一辺が互いに接するように配置し、
前記２個の小鉄心を配置した状態の外形寸法と略同一寸法となる矩形状に形成される大鉄心を、前記２個の小鉄心に対して外周面が略面一となるように並列に配置したことを特徴とする変圧器鉄心。 By combining multiple iron cores made by laminating electromagnetic steel sheets, it constitutes a three-phase transformer,
Two small iron cores formed in a rectangular shape are arranged so that either one side is in contact with each other,
A large iron core formed in a rectangular shape having substantially the same dimensions as the outer dimensions of the two small iron cores arranged in parallel so that the outer peripheral surface is substantially flush with the two small iron cores. Transformer core characterized by the arrangement. 矩形状に形成され、一列に配置される３個の鉄心と、
前記３個の鉄心において、２つの鉄心辺が接する内側の２脚に巻回される二相分の主コイル及び外側の２脚に巻回される２つの副コイルとを備え、
前記２つの副コイルを互いに接続することで、残り一相分の主コイルを構成したことを特徴とする三相変圧器。

Three iron cores formed in a rectangular shape and arranged in a row;
In the three iron cores, a two-phase main coil wound around two inner coils and two auxiliary coils wound around the outer two legs, each of which includes two inner cores that are in contact with each other, and
A three-phase transformer comprising a main coil for the remaining one phase by connecting the two sub-coils to each other.

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