JP2010251720A - Single-phase reactor iron core with gap - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気回路に接続されて使用されるリアクトルの鉄心に関するもので、特に、単相リアクトルで用いられるギャップ付き鉄心に関するものである。 The present invention relates to an iron core of a reactor that is used by being connected to an electric circuit, and more particularly, to a core with a gap used in a single-phase reactor.
リアクトルは、電気機器あるいは電気部品として電力系統などの電気回路に接続されるもので、その誘導性リアクタンスを利用して回路のインピーダンスを調整するなど、様々な作用を発生させるものである。その磁気回路として鉄心を用いた場合、十分なインダクタンスを確保できたり、あるいはリアクトル本体の小型化が可能となったりする。
しかし欠点として、鉄心に用いる磁性材料の飽和磁化特性のために、一定電流以上ではインダクタンスが急減し、また磁化特性の非線形性によって電圧や電流波形が歪む問題が発生する。
The reactor is connected to an electric circuit such as an electric power system as an electric device or an electric component, and generates various actions such as adjusting the impedance of the circuit using its inductive reactance. When an iron core is used as the magnetic circuit, sufficient inductance can be secured, or the reactor body can be downsized.
However, as a drawback, due to the saturation magnetization characteristics of the magnetic material used for the iron core, there is a problem that the inductance rapidly decreases above a certain current, and the voltage and current waveform are distorted due to the nonlinearity of the magnetization characteristics.
この問題に対処するために、ギャップ付き鉄心が用いられている。これは図1で示す様に、鉄心の巻線7が施される鉄心脚2を、ギャップ3を設けながら積層された複数のブロック鉄心1で構成し、磁気回路に非磁性層を入れることで飽和特性と非線形性を緩和するものである。
このギャップ付き鉄心では前述のメリットが得られるが、一方で様々な問題点も発生する。その一つが図1に示す上下ヨーク5での損失増大である。巻線電流によって鉄心脚2に発生する磁束の一部を図1では破線6で示すが、これはヨーク5に流入する。この磁束のヨーク内の状態は図1に示す様に、最初はほぼ垂直となっていたものが次第に磁気回路の方向である水平方向へ流れていく。
In order to deal with this problem, a core with a gap is used. As shown in FIG. 1, the
The above-mentioned merit can be obtained with this gap core, but various problems also occur. One of them is an increase in loss in the upper and
ところで、鉄心材料としては通常は方向性電磁鋼板が用いられるが、これは製造工程での圧延方向で良好な磁気特性、すなわち低鉄損特性を持つ。一方、圧延方向以外での鉄損は圧延方向の鉄損よりも高い特性を持つ。従って方向性電磁鋼板を用いる場合は、可能な限り、磁束が圧延方向に沿って流れるように鉄心構造を考慮することで低鉄損を得ることが可能となる。これは、図1の上下ヨーク5の場合では、圧延方向を水平方向とすることを意味する。
By the way, a grain-oriented electrical steel sheet is usually used as the iron core material, but it has good magnetic properties in the rolling direction in the manufacturing process, that is, low iron loss properties. On the other hand, the iron loss outside the rolling direction has higher characteristics than the iron loss in the rolling direction. Therefore, when the grain-oriented electrical steel sheet is used, it is possible to obtain a low iron loss by considering the iron core structure so that the magnetic flux flows along the rolling direction as much as possible. This means that the rolling direction is the horizontal direction in the case of the upper and
ところが前述の様に磁束がヨークに流入した直後では、その方向は垂直方向すなわち圧延方向の直角に近い方向に磁束が流れ、次第に圧延方向に向いていく。従って磁束がヨークに流入した直後の部分では鉄損が増大しており、鉄心全体の損失を増加させる要因となっている。更に、方向性電磁鋼板は透磁率も鉄損と同様に圧延方向でより良好な特性を持つため、図1に示す様に磁束は早く圧延方向に流れようとする。
その結果、上下ヨーク5ではほぼ全長に亘って幅方向に磁束の偏りが発生し、鉄心の内周部で磁束密度が高くなるため、その部分での鉄損が高くなる。このような局部的に高い鉄損は鉄心を部分的に熱膨張させるが、これが鉄心内に応力を発生させ、鉄心が発生する騒音と関係のある磁歪を増加させることになり、鉄心の騒音特性も劣化させることになる。
However, immediately after the magnetic flux flows into the yoke as described above, the magnetic flux flows in the vertical direction, that is, a direction close to the right angle of the rolling direction, and gradually goes in the rolling direction. Therefore, the iron loss increases immediately after the magnetic flux flows into the yoke, which increases the loss of the entire iron core. Further, the grain-oriented electrical steel sheet has better magnetic properties in the rolling direction as well as the iron loss, so that the magnetic flux tends to flow in the rolling direction as shown in FIG.
As a result, in the upper and
これらの問題への対策として次の方法が考案されている。
特許文献1では、ヨーク内の鉄心脚に対向する部分のみ、電磁鋼板の方向性が垂直方向になるように配置する方法が示されている。これによってその部分の発生損失と温度上昇を低減できるとしている。また特許文献2では、ヨーク内の鉄心脚に対向する部分に三角形状の抜き板をはめ込み、その部分の圧延方向を上下方向とすることで、ヨーク幅方向の磁束分布を均一化できることが開示されている。
The following methods have been devised as countermeasures against these problems.
特許文献1の方法を用いると、鉄心脚からヨークに進入してきた磁束は、その部分では圧延方向が垂直方向に配置されているため、垂直方向に磁束が流れても鉄損は増加しない。しかし磁束は最終的には磁気回路に沿って流れるため、いずれは水平方向に転換せざるを得ず、結局、圧延方向以外に磁束が流れるため、鉄損の増加を招く。よって、より良い鉄心配置を考案して鉄損低減を図ることが課題となる。
If the method of
また、特許文献2の三角形状の抜き板を用いた場合には、これが鉄損低減に有効と考えられるが、一方でこの形状が問題となりうると考えられる。それを以下で説明する。
ギャップ付きリアクトル鉄心では特許文献3で示されている様に、鉄心脚中心とヨークを貫通するボルトで鉄心を外側から締付け、鉄心脚のギャップの存在によって発生する振動を抑制し、騒音を低減している。
Moreover, when the triangular punching plate of
As shown in
特許文献2の方法を適用すると、締付けで最も力のかかる部分に三角形の頂点が位置することになる。締付けによってヨークの両側部分が鉄心の外向きにずれると、三角形の頂点が突出してそこに締付け力が集中することとなり、変形することが考えられる。そのような場合は、隣接する電磁鋼板に頂点が接触し、鋼板間の電気絶縁が失われることもありうるため、その部分で積層された鋼板を貫通するうず電流が発生し、損失が増加することも考えられる。よって、そのような三角形の頂点を締付け部分に持たない鉄心構成を考案することが課題となる。
If the method of
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を要旨とする。
(1)複数のブロック鉄心をギャップを介しながら積層して鉄心脚とし、その周りに巻線を巻き回し、鉄心脚の上下にヨークを配置したギャップ付き鉄心形単相リアクトルにおいて、ヨーク内の鉄心脚の幅の部分を2分割し、それらの部分に用いる方向性電磁鋼板の圧延方向が鉄心脚の側から見て外側に広がる様な向きに配置し、かつその圧延方向をヨーク長手方向に対して45°になる様に配置することを特徴とするギャップ付き単相リアクトル鉄心。
(2)上記(1)に記載の鉄心において、前記方向性電磁鋼板はヨーク内において鉄心脚と相対する位置に配設されていて、ヨーク長手方向の幅が鉄心脚と同幅に形成され、且つ他のヨーク部分から独立させたものであることを特徴とするギャップ付き単相リアクトル鉄心。
(3)複数のブロック鉄心をギャップを介しながら積層して鉄心脚とし、その周りに巻線を巻き回し、鉄心脚の上下にヨークを配置したギャップ付き鉄心形単相リアクトルにおいて、上下ヨークの長手方向での中心部分に用いる二方向性電磁鋼板を、その一つの磁化容易方向がヨークの辺と平行になる様に配置することを特徴とするギャップ付き単相リアクトル鉄心。
(4)上記(3)に記載の鉄心において、上下ヨークに用いる二方向性電磁鋼板の使用範囲を、上下ヨークの中心部からヨーク長手方向の一定距離(c)までとし、その距離の鉄心脚幅(d)に対する比率(c/d)を0.4から1.0とすることを特徴とするギャップ付き単相リアクトル鉄心。
(5)上記(4)に記載の鉄心において、鉄心脚と上下ヨークの中心部に締付スタッドを貫通させる穴がある場合の、上下ヨークでの二方向性電磁鋼板の使用範囲は、鉄心脚幅及び二方向性電磁鋼板の使用範囲に、前記穴の幅を含めないで算出することを特徴とするギャップ付き単相リアクトル鉄心。
In order to solve the above problems, the present invention is summarized as follows.
(1) In a core-type single-phase reactor with a gap in which a plurality of block cores are stacked with a gap therebetween to form a core leg, windings are wound around the core legs, and yokes are arranged above and below the core leg, the core in the yoke Divide the width part of the leg into two parts, and arrange the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheets used in those parts so that it spreads outward as viewed from the iron core leg side, and the rolling direction with respect to the longitudinal direction of the yoke A single-phase reactor core with a gap, characterized by being arranged at 45 °.
(2) In the iron core according to (1), the grain-oriented electrical steel sheet is disposed at a position facing the iron core leg in the yoke, and the width in the longitudinal direction of the yoke is formed to be the same as that of the iron core leg. In addition, a single-phase reactor core with a gap, which is independent from other yoke portions.
(3) In a core-type single-phase reactor with a gap in which a plurality of block cores are stacked with gaps to form core legs, windings are wound around them, and yokes are arranged above and below the core legs, A single-phase reactor core with a gap, characterized in that a bi-directional electrical steel sheet used for a central portion in a direction is arranged so that one easy magnetization direction thereof is parallel to a side of a yoke.
(4) In the iron core according to the above (3), the range of use of the bi-directional electrical steel sheet used for the upper and lower yokes is from the center of the upper and lower yokes to a constant distance (c) in the longitudinal direction of the yoke, A single-phase reactor core with a gap, wherein the ratio (c / d) to the width (d) is 0.4 to 1.0.
(5) In the iron core as described in (4) above, when the center leg of the core leg and the upper and lower yokes has a hole through which the fastening stud passes, the range of use of the bi-directional electrical steel sheet in the upper and lower yokes is as follows. A single-phase reactor core with a gap, which is calculated without including the width of the hole in the use range of the width and the bidirectional magnetic steel sheet.
方向性電磁鋼板23ZDKH(レーザー照射による磁区制御材)で、圧延方向に対して励磁方向を変化させた時の鉄損特性の例を図2に示す。最大磁束密度は1.0Tから1.7Tまでの4水準とした。いずれの磁束密度でも圧延方向に励磁する場合(励磁角度:0)が最も低鉄損となる。また同様の方法で、励磁磁界を一定とした条件での磁束密度を測定して得た特性の例を図3に示す。これは、特定の磁界を与えた時の透磁率に対応する。8A/mから800A/mのいずれの磁界でも圧延方向に励磁する場合(励磁角度:0)が最も磁束密度が高く、高透磁率となる。 FIG. 2 shows an example of the iron loss characteristic when the excitation direction is changed with respect to the rolling direction in the grain-oriented electrical steel sheet 23ZDKH (magnetic domain control material by laser irradiation). The maximum magnetic flux density was set to 4 levels from 1.0T to 1.7T. When the magnetic flux density is excited in the rolling direction (excitation angle: 0), the lowest iron loss is obtained. FIG. 3 shows an example of characteristics obtained by measuring the magnetic flux density under the condition that the excitation magnetic field is constant by the same method. This corresponds to the magnetic permeability when a specific magnetic field is applied. When any magnetic field of 8 A / m to 800 A / m is excited in the rolling direction (excitation angle: 0), the magnetic flux density is highest and the magnetic permeability is high.
本発明はギャップ付き単相リアクトル鉄心に関するものである。
即ち、上下のヨーク間に鉄心脚を配設し、該鉄心脚は複数のブロック鉄心をギャップを介しながら積層し、その周りに巻線を巻回してなるものであり、ヨーク内において相対する鉄心脚の幅に相当する部分、即ちヨーク中央部分を2分割し、それらの部分に用いる方向性電磁鋼板の圧延方向が、鉄心脚側から見て外側に広がるような向きに配置され、かつその圧延方向をヨーク長手方向に対して45°になるように設置するものである。
上記ヨーク内のヨーク中央部分で用いる方向性電磁鋼板は、ヨーク内の他の部分から独立した部分にあって、相対する鉄心脚の幅の部分に相当し、ヨーク長手方向での幅を鉄心脚の幅と同等にしている。
The present invention relates to a single-phase reactor core with a gap.
That is, an iron core leg is disposed between upper and lower yokes, and the iron core legs are formed by laminating a plurality of block iron cores with a gap between them and winding a winding around the core iron legs. The portion corresponding to the width of the leg, that is, the yoke central portion is divided into two, and the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet used for these portions is arranged in such a direction as to spread outward as viewed from the core leg side, and the rolling The direction is set so as to be 45 ° with respect to the longitudinal direction of the yoke.
The grain-oriented electrical steel sheet used in the yoke central part in the yoke is a part independent of the other parts in the yoke and corresponds to the width of the opposing iron core leg. It is equivalent to the width of.
また、本発明の別のギャップ付き単相リアクトル鉄心は、上下ヨークの長手方向での中心部分に二方向性電磁鋼板を用いるものであり、該電磁鋼板の一つの磁化容易方向がヨークの辺と平行になるように配置するものであり、またこの二方向性電磁鋼板の使用範囲を上下ヨークの中心部からヨーク長手方向の一定距離(c)とし、その距離の鉄心脚幅(d)に対する比率(c/d)を0.4〜1.0とするものである。
さらに、上記鉄心で鉄心脚と上下ヨークの中心部に締付スタッドを貫通させる穴がある場合の、上下ヨークでの二方向性電磁鋼板の使用範囲を算出する際は、鉄心脚幅及び二方向性電磁鋼板使用範囲に穴の幅を含めないことが推奨される。
In addition, another single-phase reactor core with a gap according to the present invention uses a bidirectional magnetic steel sheet in the central portion in the longitudinal direction of the upper and lower yokes, and one easy magnetization direction of the electromagnetic steel sheet is a side of the yoke. The range of use of the bi-directional electrical steel sheet is a constant distance (c) in the longitudinal direction of the yoke from the center of the upper and lower yokes, and the ratio of the distance to the core leg width (d) (C / d) is set to 0.4 to 1.0.
Furthermore, when calculating the range of use of the bi-directional electrical steel sheet in the upper and lower yokes when there is a hole through which the fastening stud penetrates in the center part of the iron core leg and the upper and lower yokes in the iron core, the core leg width and the two directions are calculated. It is recommended that the width of the hole not be included in the range of use of the magnetic steel sheet.
本発明を適用した例としての鉄心脚2の最上部と上ヨーク5部分を図4に示す。
図4において、矢印10は各部分の圧延方向を示す。ヨーク中央部8は圧延方向が45°に、その外側となるヨーク部分9は圧延方向10が水平方向となるように鋼板が配置されている。磁束線6を破線で示す様に、鉄心脚中心部から出る磁束はヨーク中央部8で透磁率の最も高い圧延方向に沿って流れ、ヨーク部分9の外寄りに達する。
また、鉄心脚周縁部から出る磁束もヨーク中央部8で透磁率の最も高い圧延方向に沿って流れ、ヨーク部分9の内寄りに達する。ヨーク中央部8ではほとんどの磁束が圧延方向に流れるため、図2から明らかなように最も低鉄損となることがわかる。いずれの部分でも磁束は圧延方向に流れるため、ヨーク部分9の幅方向での磁束密度は均一となり、局部的に高い鉄損が発生することはなく、鉄心の部分的熱膨張を回避することができる。
FIG. 4 shows the uppermost part of the
In FIG. 4, the
Further, the magnetic flux generated from the peripheral edge of the iron core leg flows along the rolling direction having the highest magnetic permeability at the yoke
図4に示すヨーク中央部8の幅aについては次の様に考えられる。
aを鉄心脚の幅bよりも狭くすると、鉄心脚中心部から出た磁束はヨーク部分9の外寄りまで到達せず、ヨーク部分9で幅方向に磁束密度不均一が発生してしまう。また、鉄心脚周縁部から出た磁束は直接、ヨーク部分9に進入するため、圧延方向から外れた方向に磁束が流れることになる。
次にaをbよりも広くすると、鉄心脚中心部から出た磁束はヨーク中央部8で外寄りまで到達した後、ヨーク中央部8をヨーク長手方向すなわち圧延方向から45°の方向に流れることになる。また、鉄心脚周縁部から出た磁束も、ヨーク中央部8に入った後、圧延方向から45°の方向に流れることになる。
The width a of the yoke
If a is narrower than the width b of the core leg, the magnetic flux emitted from the center part of the core leg does not reach the outside of the
Next, if a is made wider than b, the magnetic flux emitted from the center part of the iron core leg reaches the outside at the
以上の様にヨーク中央部8の幅aが鉄心脚の幅bと異なると、圧延方向以外に流れる磁束や磁束密度の不均一が発生するため、鉄損増加や局部過熱が生じる。よって、ヨーク中央部8の幅aを鉄心脚の幅bと等しくすることで損失や磁歪の増加が防げる。
ヨーク中央部8の形状は矩形であるため、角がヨーク外側に突出することはなく、鉄心をこの部分で締め付けても問題は生じない。
As described above, if the width “a” of the yoke
Since the yoke
本発明の実施方法を図4で説明する。ヨーク中央部8は、ヨーク内での鉄心脚に相対する他から独立した部分のヨーク長手方向の幅を有し、その幅が鉄心脚の幅の半分ずつで構成され、圧延方向の45°方向に切り出された方向性電磁鋼板を用いる必要があるが、その他の部分については従来の鉄心と同様である。45°方向の切断は、変圧器鉄心製造で用いられる斜角剪断設備を使用すればよい。
ヨーク中央部8は左右2部分からなるため、それらの間には変圧器鉄心で用いられるラップ接合法を用いても良いが、磁気的な結合は不要なので積層端面が平面となるようにして突き合わせても良い。また、ヨーク中央部8とその両側の部分9の間には磁気結合が必要なのでラップ接合法を用いるが、鉄心脚と同様にギャップを設けても良い。
ギャップ付きリアクトル鉄心では鉄心脚の振動抑制のため、鉄心脚中心とヨークの双方を縦方向に貫通するボルトで鉄心を外側から締付ける場合が多い。その場合でも、図5で示す様にヨーク中央部8の中央部に間隙14を設けるだけで良い。
An implementation method of the present invention will be described with reference to FIG. The yoke
Since the yoke
In a reactor core with a gap, in order to suppress vibration of the core leg, the core is often tightened from the outside with a bolt that penetrates both the center of the core leg and the yoke in the vertical direction. Even in that case, it is only necessary to provide the
次に、二方向性電磁鋼板を用いる鉄心に関して以下に説明する。通常の方向性電磁鋼板は製造時の圧延方向のみで高透磁率であるため、一方向性電磁鋼板と表現される。一方、二方向性電磁鋼板は、岡崎「二方向性けい素鋼板の磁気特性」、電気学会論文誌、112巻、6号、513頁(平成4年)で説明されている様に、特殊な製造方法によって、直交する二方向で同程度の高透磁率が得られる。 Next, the iron core using the bidirectional magnetic steel sheet will be described below. Since a normal grain-oriented electrical steel sheet has a high magnetic permeability only in the rolling direction at the time of manufacture, it is expressed as a unidirectional electrical steel sheet. On the other hand, as described in Okazaki “Magnetic Properties of Bidirectional Silicon Steel Sheet”, Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 112, No. 6, 513 (1992), Depending on the manufacturing method, the same high magnetic permeability can be obtained in two orthogonal directions.
一例として、実測された磁化特性を図8に示す。特性測定方向は図7で示す様に、一方向性電磁鋼板では圧延方向とその直角方向、二方向性電磁鋼板では最終圧延の方向aとそれに直交する方向bとした。図8に示される様に、一方向性電磁鋼板の圧延方向では、小磁界で高い磁束密度が得られて高透磁率となるが、その直角方向では低透磁率となる。一方、二方向性電磁鋼板は方向aとそれに直行する方向bがほぼ同じ透磁率となる。 As an example, the measured magnetization characteristics are shown in FIG. As shown in FIG. 7, the characteristic measurement direction is the rolling direction and its perpendicular direction in the unidirectional electrical steel sheet, and the final rolling direction a and the direction b perpendicular to it in the bi-directional electrical steel sheet. As shown in FIG. 8, in the rolling direction of the unidirectional electrical steel sheet, a high magnetic flux density is obtained with a small magnetic field and high permeability is obtained, but in the perpendicular direction, the magnetic permeability is low. On the other hand, the bi-directional electrical steel sheet has substantially the same magnetic permeability in the direction a and the direction b perpendicular thereto.
上下ヨークに一方向性電磁鋼板を用いると、圧延方向に磁束が流れやすいため、前述の様に鉄心の内周部で磁束密度が高く、逆に外周部では低くなる状態、すなわちヨーク幅方向での磁束密度不均一が発生する。また、特許文献1の方法、すなわち図4での上下ヨーク中央部8に、鉄心脚1の磁束方向に圧延方向を向けた一方向性電磁鋼板を使用する方法でも、ヨーク幅方向での磁束密度不均一が発生する。
一方、図9で示す様に二方向性電磁鋼板を用いると、磁化容易方向は水平、垂直の二方向なので、鉄心脚周縁部からの磁束はヨーク内ですぐに横方向に流れ、鉄心脚中心部からの磁束はヨークの外側付近まで流れてから横方向に流れる。このため、磁束密度は均一化する。
When unidirectional electrical steel sheets are used for the upper and lower yokes, the magnetic flux tends to flow in the rolling direction. Therefore, as described above, the magnetic flux density is high at the inner peripheral portion of the iron core, and conversely it is lower at the outer peripheral portion, that is, in the yoke width direction. The magnetic flux density is uneven. Further, the method of
On the other hand, when a bi-directional electrical steel sheet is used as shown in FIG. 9, since the easy magnetization directions are two directions, horizontal and vertical, the magnetic flux from the peripheral edge of the core leg immediately flows laterally in the yoke, and the core leg center The magnetic flux from the portion flows to the vicinity of the outside of the yoke and then flows in the lateral direction. For this reason, the magnetic flux density is made uniform.
鉄損特性は磁束密度の累乗の式で近似できるが、その累乗数は2以上であるため、磁束密度が不均一になると、高磁束密度側の鉄損増加量が低磁束密度側の減少量よりも大きく鉄損は増大する。よって、磁束密度不均一が発生する一方向性電磁鋼板の使用はこの鉄損上昇を引き起こすが、二方向性電磁鋼板を使用すると磁束密度均一化の効果で低鉄損になると考えられる。 The iron loss characteristics can be approximated by an expression of the power of the magnetic flux density, but since the power number is 2 or more, when the magnetic flux density becomes non-uniform, the iron loss increase amount on the high magnetic flux density side decreases on the low magnetic flux density side side. More than that, iron loss increases. Therefore, although the use of the unidirectional electrical steel sheet in which the magnetic flux density is uneven causes this iron loss increase, the use of the bidirectional magnetic steel sheet is considered to have a low iron loss due to the effect of uniform magnetic flux density.
この低鉄損化効果を、数値解析を用いて単相リアクトル鉄心の鉄損を算出することによって確認した。解析モデルとしては、図10で示す様に、鉄心脚1と上下ヨーク8の中心部に締付スタッドを貫通させる穴15がある鉄心を使用した。上下ヨーク中心部からの、二方向性電磁鋼板の使用範囲(ヨークの穴の幅を除く)を表すcと、鉄心脚の穴の幅を除いた幅dとの比であるc/d値に、0.25、0.375、0.5、0.656、0.813、1.063、1.625の7種の値を適用して解析を実施した。なお、図10においては、鉄心脚の中心部(穴の幅を除く)から一端までの長さをd/2として表示している。
This effect of reducing iron loss was confirmed by calculating the iron loss of a single-phase reactor core using numerical analysis. As an analysis model, as shown in FIG. 10, an iron core having a
同時に特許文献1に示された、上下ヨーク中央部8に、鉄心脚1の磁束方向に圧延方向を向けた一方向性電磁鋼板を使用する方法についても解析を行い、鉄損値を得た。その鉄損値を基準として、二方向性電磁鋼板を適用した場合に得られる鉄損改善率を算出し、図11に示す。この図から、c/dを0.4から1.0の範囲とした時に十分な改善が得られることが分かる。
At the same time, the method of using a unidirectional electrical steel sheet in which the rolling direction is directed to the magnetic flux direction of the
c/dが0.4以下で効果が得られない理由は、二方向性電磁鋼板の適用範囲が過小で磁束密度均一化効果が十分得られていないためと思われる。また、c/dが1.0以上でも効果が得られない理由は、以下の様に考えられる。磁束密度は、c/dが1.0以内の範囲で既にほぼ均一化されており、それ以上の範囲での二方向性電磁鋼板の磁束均一化効果は少ないと考えられる。一方、二方向性電磁鋼板の素材鉄損は一方向性電磁鋼板の圧延方向での素材鉄損よりも高く、例えば今回使用した材料の1.7Tでの鉄損は、一方向性電磁鋼板は0.79W/kg,二方向性電磁鋼板は1.25W/kgである。以上から、必要以上に二方向電磁鋼板の適用範囲を延ばすと、二方向性電磁鋼板の高鉄損性でかえって鉄心の鉄損は増加してしまうと考えられる。 The reason why the effect cannot be obtained when c / d is 0.4 or less seems to be because the application range of the bi-directional electrical steel sheet is too small and the effect of uniformizing the magnetic flux density is not sufficiently obtained. The reason why the effect cannot be obtained even when c / d is 1.0 or more is considered as follows. The magnetic flux density is already almost uniform in the range where c / d is within 1.0, and it is considered that the effect of uniforming the magnetic flux of the bi-directional electrical steel sheet in the range beyond this is small. On the other hand, the material iron loss of the bi-directional electrical steel sheet is higher than the material iron loss in the rolling direction of the unidirectional electrical steel sheet. For example, the iron loss at 1.7 T of the material used this time is 0.79 W / kg, and the bidirectional steel sheet is 1.25 W / kg. From the above, it is considered that if the application range of the bidirectional magnetic steel sheet is extended more than necessary, the iron loss of the iron core increases instead of the high iron loss of the bidirectional magnetic steel sheet.
図6は本実施例に用いたギャップ付きリアクトル鉄心であって、該鉄心について、数値解析で鉄心全体に発生する鉄損値を求めた。鉄心は、脚中心と上下ヨーク中心に縦方向に貫通穴を設けて貫通ボルトで上下方向から締付ける構造とした。図6は鉄心積層方向での中央部分を示す。用いる材料は23ZDKHとした。ヨーク中央部8の幅aは、鉄心脚の幅bと同じとした。図中の長さを示す数値の単位はmである。
ヨーク中央部8の材料の圧延方向が水平方向(θ=0°)あるいは垂直方向(θ=90°)となる構成とした鉄心を従来技術として、本発明の適用例となるθ=45°の場合と比較した。表1に単位重量あたりに換算した、本鉄心の鉄損値を示す。
この結果から本発明の適用例が最も低鉄損となることがわかる。
FIG. 6 shows a reactor core with a gap used in this example, and for this iron core, the iron loss value generated in the entire iron core was obtained by numerical analysis. The iron core has a structure in which through holes are provided in the vertical direction at the center of the leg and the center of the upper and lower yokes, and tightened from the upper and lower directions with through bolts. FIG. 6 shows a central portion in the iron core lamination direction. The material used was 23ZDKH. The width a of the yoke
The iron core having a configuration in which the rolling direction of the material of the yoke
From this result, it can be seen that the application example of the present invention has the lowest iron loss.
図6に示すギャップ付きリアクトル鉄心について、数値解析で鉄心全体に発生する鉄損値を求めた。用いる材料は23ZDKHとした。ヨーク中央部8の材料の圧延方向が、本発明を適用したθ=45°となる様に配置し、その幅aを変更して鉄心脚の幅bとの比a/bが0.8、1、1.25となる3種類の場合を相互比較した。表2に単位重量あたりに換算した鉄損値を示す。
この結果から、本発明に適合するa/b=1が最も低鉄損となることがわかる。
For the reactor core with a gap shown in FIG. 6, the iron loss value generated in the entire iron core was obtained by numerical analysis. The material used was 23ZDKH. The rolling direction of the material of the yoke
From this result, it can be seen that a / b = 1 suitable for the present invention has the lowest iron loss.
図12に示すギャップ付きリアクトル鉄心について数値解析を用いて、鉄心全体に発生する鉄損値および鉄心内側12と外側13の最大磁束密度を求めた。鉄心は、脚中心と上下ヨーク中心に縦方向に貫通穴15を設けて、貫通ボルトで鉄心を上下方向から締付ける構造とした。図12は鉄心積層方向での中央部の断面を示す。ブロック鉄心1と横ヨーク4には一方向性電磁鋼板23ZDKHを用いた。
The core loss value generated in the entire core and the maximum magnetic flux density on the
まず従来法として、特許文献1に示された、上下ヨーク中央部8に、鉄心脚の磁束方向に圧延方向を向けた一方向性電磁鋼板を使用する方法を解析した。また、上下ヨーク中央部8に二方向性電磁鋼板を用いる場合については、図10で示される二方向性電磁鋼板の使用範囲を表す係数c/dを0.25、0.5、1.625の3条件で解析した。この内で本発明に適合する条件は0.5のみである。
以上の方法を用いた時の、単位重量当りの鉄損値と、図12で示す鉄心内側12と外側13の位置の交流励磁中の最大磁束密度を表3に示す。
First, as a conventional method, a method of using a unidirectional electrical steel sheet in which the rolling direction is directed to the magnetic flux direction of the iron core leg, as shown in
Table 3 shows the iron loss value per unit weight when using the above method and the maximum magnetic flux density during AC excitation at the positions of the
まず鉄損については、本発明を適用した例が、従来法や本発明範囲外の例と比較して、最も低鉄損となっている。二方向性電磁鋼板を使用しても、本発明の範囲外であるc/dが0.25や1.625の例では、従来法よりも高鉄損となっている。つまり、図11で示すc/dが本発明範囲内である0.4〜1.0の範囲で鉄損値が低く、安定した製品が得られている。
また、鉄心内外の磁束密度差については、従来法とc/dが0.25の例で0.24Tであるのに対して、c/dが0.5と1.625の例では0.05Tから0.06Tとなっており、磁束密度均一化が得られていることがわかる。なお、c/dが1.625の例で磁束密度が均一化されているにもかかわらず鉄損が高いのは、高鉄損の二方向性電磁鋼板の使用範囲が過大であるためと考えられる。
First, regarding the iron loss, the example in which the present invention is applied has the lowest iron loss as compared with the conventional method and examples outside the scope of the present invention. Even when a bi-directional electrical steel sheet is used, the iron loss is higher than that of the conventional method in the examples where c / d is 0.25 or 1.625 which is outside the scope of the present invention. That is, the iron loss value is low and a stable product is obtained when c / d shown in FIG. 11 is in the range of 0.4 to 1.0 which is within the range of the present invention.
Further, the magnetic flux density difference between the inside and outside of the iron core is 0.24 T in the case of the conventional method and c / d of 0.25, whereas in the example of c / d of 0.5 and 1.625, 0. From 05T to 0.06T, it can be seen that uniform magnetic flux density is obtained. In addition, although the magnetic flux density is uniform in the example where c / d is 1.625, the reason why the iron loss is high is considered that the use range of the high-iron-loss bi-directional electrical steel sheet is excessive. It is done.
1:ブロック鉄心
2:鉄心脚
3:ギャップ
4:横ヨーク
5:上下ヨーク
6:磁束線
7:巻線
8:上下ヨーク中央部
9:上下ヨークの側部分
10:方向性電磁鋼板の圧延方向を示す矢印
11:二方向性電磁鋼板の磁化容易方向
12:鉄心内側の磁束密度算出点
13:鉄心外側の磁束密度算出点
14:間隙
15:締付スタッド貫通穴
1: Block iron core 2: Iron core leg 3: Gap 4: Horizontal yoke 5: Upper and lower yoke 6: Magnetic flux line 7: Winding 8: Upper and lower yoke central portion 9: Side portion of upper and lower yoke 10: Rolling direction of grain-oriented electrical steel sheet 11: Direction of easy magnetization of bi-directional electrical steel sheet 12: Magnetic flux density calculation point inside iron core 13: Magnetic flux density calculation point outside iron core 14: Gap 15: Tightening stud through hole
Claims (5)
5. The iron core according to claim 4, wherein the use range of the bi-directional electrical steel sheet in the upper and lower yokes in the case where there is a hole through which the fastening stud penetrates in the center part of the iron core legs and the upper and lower yokes is as follows. A single-phase reactor core with a gap, which is calculated without including the width of the hole in the use range of the heat-resistant electrical steel sheet.
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