JP3758904B2 - Transformer - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄心に同心円状に巻かれた一次巻線と二次巻線を有するコイルの少なくとも一方の巻線にシート状電線を使用し、かつ、変圧器の中身を保持するための構造部材を有する変圧器に関するもので、巻線に流れる電流により発生する漏れ磁束の集中する部位の構造部材のみを非磁性部材とする事で、低コストで効果的に漂遊損を低減できるようにした変圧器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コイルを固定するための金具等の構造部材は、低コストで製作するため鋼板にすることが一般的であった。この場合、シート状電線を用いた巻線側の相対する位置に取付けられた構造部材に漏れ磁束が集中し、漂遊損増加の要因となっていた。
【０００３】
これまで、特に小中容量の変圧器の場合、漏れ磁束による渦電流損等の漂遊損は抵抗損に比べ小さく、また、局部加熱に至る事も少なく、特に対策を行っていなかった。
【０００４】
また、変圧器の一部を電気抵抗の小さい金属にして渦電流損を低減することが提案されていたが、構造部材として、磁性構造部材及び非磁性構造部材を使用し、そして、これらを使分けて配置することは行われていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記漂遊損の発生を低コストで効果的に低減し、この問題を解決し、低損失、高効率化な変圧器を低コスト、小形、軽量に製作できる構造の変圧器を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄心と、同心円状に巻回される一次巻線及び二次巻線を有するコイルと、該コイルの内周部に配置されて変圧器中身を保持する第１の構造部材と、前記コイルの外周部に配置されて変圧器中身を保持する第２の構造部材とを具備する変圧器において、
前記一次巻線は、コイル外周に巻回された丸線又は角線、あるいはその材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、前記二次巻線は、コイル内周に巻回され、その材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、かつ、前記一次巻線がシート状電線であるときは、その幅寸法又は高さ寸法が該一次巻線と比較して大きく、前記第１の構造部材は鋼材であり、前記第２の構造部材はその材質が非磁性材のステンレスであることを特徴とする変圧器である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の変圧器の実施例について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施例のアモルファス鉄心変圧器における鉄心コイル組立体の斜視説明図である。図２は、実施例のアモルファス変圧器の鉄心、コイル、金具の配置の上面断面説明図である。図３は、実施例のアモルファス変圧器における漏れ磁束分布の説明図である。
【０００８】
実施例を説明する。本実施例の変圧器は、図１及び図２に示す鉄心コイル組立体、即ち、鉄心１と、同心円状に巻回され、かつ、内周の巻線にシート状電線を使用する一次巻線２１及び二次巻線２２を有するコイル２と、コイル２の内側もしくは外側に配置されて変圧器中身を保持する構造部材３と、を具備している。図１は鉄心コイル組立体の斜視説明図であり、そして、図２は、図１のＡ断面における上面説明図である。実施例１の変圧器は、鉄心１にアモルファス磁性材を使用した三相五脚鉄心変圧器であり、コイル内周部にはコイルボビン２３が、コイルの外側にはコイル押え金具Ａ３１、コイル押え金具Ｂ３２が、それぞれ構造部材として配置される。
【０００９】
実施例１の変圧器の巻線の配置における漏れ磁束について、図３を用いて説明する。内周巻線を一次巻線とし、かつ、丸線又は角線を使用し、一方、外周巻線を二次巻線とし、かつ、シート状巻線を使用した場合（構造１）における、漏れ磁束の流れを図３（ａ）に示す。巻線より発生した漏れ磁束は、シート状電線を使用した巻線を通過すると、渦電流を発生させる。この渦電流による磁束は、漏れ磁束とは反対の向きであるため、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線とは反対側（コイル外側）には漏れ磁束の影響を受けないため、シールドの効果をすることとなる。一方、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線側（コイル内側）には漏れ磁束が集中するようになる。本実施例の変圧器では、コイル内周に位置する構造部材は非磁性部材とし、コイル外周は磁性部材としている。非磁性部材は、非磁性体のような表皮厚の大きな材料を使用するので、渦電流が流れにくく、渦電流損の発生が低減できる。このため、コイル内周の構造部材は非磁性部材であるので漏れ磁束の影響を受けず、コイル外周は磁性部材であっても、渦電流の発生を低減することができる。
【００１０】
次に、内周巻線を二次巻線とし、かつ、シート状巻線を使用し、一方、外周巻線を一次巻線とし、かつ、丸線又は角線を使用した場合（構造２）における、漏れ磁束の流れを図３（ｂ）に示す。構造１と同様に、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線とは反対側（コイル内側）には漏れ磁束の影響を受けないため、シールドの効果をすることとなり、一方、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線側（コイル外側）には漏れ磁束が集中するようになる。したがって、構造２の変圧器では、コイル外周に位置する構造部材は非磁性部材とし、コイル内周は磁性部材とする。
【００１１】
上記構造１及び構造２の一次巻線では、丸線又は角線を使用したが、シート状電線を使用することも可能である。この場合、一次巻線の幅（高さ）寸法を二次巻線の幅（高さ）寸法より小さくしてやれば、漏れ磁束がコイル上端部で幅（高さ）寸法の大きい方のシート状電線のシールド効果により、シート状電線と相対する構造部材に漏れ磁束が集中するようになる性質を持つので、構造１及び構造２と同様の効果を得ることが出来る。なお、シート状巻線の材質は、アルミニウム又は銅あるいはそれらの合金とすることができ、非磁性材とする構造部材の材質としては、ステンレス、チタン等の金属、もしくは、木、プレスボード等の絶縁部材、ＦＲＰ等の樹脂が使用することができる。
【００１２】
実施例１の変圧器について、漂遊負荷損量を説明する。構造１、構造２（但しこの時の非磁性材料をステンレスにし、一次及び二次コイルの材質を銅にする。）のようにした時発生する漂遊負荷損を、従来構造（外周巻線に銅丸線で一次コイルを設け、内周巻線に銅シートで二次巻線を設け、構造部材を全て鋼材としたもの。）にて発生する漂遊負荷損を１００％と比較する。但し、このデータはコイルの巻数及び仕上がり寸法、タンク及び締め金具等寸法等は同一としている。実施例１の構造１では３５％、構造２では１５％の漂遊負荷損を削減していた。しかし、非磁性材料は加工が困難なうえ、鋼板に比べコストがかかり、強度も弱いという問題を有するものが多い。そのため、実用化するためには、この問題を有する素材の投入量及び加工工程を最小限にする必要がある。そこで、損失減少割合に対するコスト高で判断すると、本実施例の構造１は非常に効果的といえる。以上により、本実施例、特に構造１は、漂遊負荷損を最も効率よく低減し負荷損中の抵抗損を大きくしても負荷損は出来ることから、導線断面積を小さくし電流密度を上げることができ、変圧器のコンパクト化、軽量化、製造コスト低減を実現することが出来る。
【００１３】
なお、上記実施例ではアモルファス変圧器で説明したが、他の材料からなる鉄心を使用した変圧器においても、同様な作用効果を奏することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低コストで効果的に漂遊負荷損が低減でき、特に低損失変圧器においては、更なる変圧器の効率向上、小形化、軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例のアモルファス鉄心変圧器における鉄心コイル組立体の斜視説明図。
【図２】 実施例のアモルファス変圧器の鉄心、コイル、金具の配置の上面断面説明図。
【図３】 実施例のアモルファス変圧器における漏れ磁束分布の説明図。
【符号の説明】
１ 鉄心
２ コイル
２１ 一次コイル
２２ 二次コイル
２３ コイルボビン
３ 構造部材
３１ コイル押え金具Ａ
３２ コイル押え金具Ｂ
４ 漏れ磁束ベクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a sheet-like electric wire for at least one winding of a coil having a primary winding and a secondary winding concentrically wound around an iron core, and a structural member for holding the contents of a transformer This is a transformer that can effectively reduce stray loss at low cost by using only non-magnetic members as the structural members where the leakage flux generated by the current flowing in the winding is concentrated. It is about a vessel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a structural member such as a metal fitting for fixing a coil is generally made of a steel plate in order to manufacture at a low cost. In this case, leakage magnetic flux concentrates on the structural member attached to the opposite position on the winding side using the sheet-shaped electric wire, which causes an increase in stray loss.
[0003]
Until now, especially in the case of transformers with small and medium capacities, stray loss such as eddy current loss due to leakage magnetic flux was smaller than resistance loss, and it was less likely to cause local heating, so that no countermeasure was taken.
[0004]
In addition, it has been proposed to reduce the eddy current loss by making a part of the transformer a metal having a low electrical resistance. However, magnetic structural members and non-magnetic structural members are used as structural members, and these are used. It was not done separately.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, the occurrence of the stray loss is effectively reduced at a low cost, this problem is solved, and a transformer having a structure capable of manufacturing a low-loss, high-efficiency transformer at a low cost, a small size, and a light weight is provided. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a first structural member that holds the iron core, a coil having a concentrically to the primary winding Ru wound and a secondary winding, the transformer contents are arranged on the inner periphery of the coil, A transformer comprising a second structural member disposed on the outer periphery of the coil to hold the transformer contents;
The primary winding is a round wire or a square wire wound around the coil outer periphery, or a sheet-shaped electric wire made of copper or an alloy thereof, and the secondary winding is wound around the coil inner periphery, When the material is a sheet-like electric wire made of copper or an alloy thereof, and the primary winding is a sheet-like electric wire, the width or height is larger than the primary winding, and the first winding The structural member 1 is a steel material, and the second structural member is a non-magnetic material stainless steel.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described.
The Example of the transformer of this invention is described using FIGS. 1-3. FIG. 1 is a perspective explanatory view of an iron core coil assembly in an amorphous iron core transformer of an embodiment. FIG. 2 is a top cross-sectional explanatory view of the arrangement of the iron core, coil, and metal fitting of the amorphous transformer of the embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram of the leakage magnetic flux distribution in the amorphous transformer of the embodiment.
[0008]
Examples will be described. 1 and FIG. 2, the transformer of the present embodiment is wound around the iron core 1 concentrically, and a primary winding using a sheet-like wire as the inner winding. And the structural member 3 that is disposed inside or outside the coil 2 and holds the contents of the transformer. FIG. 1 is a perspective explanatory view of an iron core coil assembly, and FIG. 2 is a top explanatory view of a cross section A in FIG. The transformer of Example 1 is a three-phase five-legged iron core transformer using an amorphous magnetic material for the iron core 1, the coil bobbin 23 on the inner periphery of the coil , and the coil presser fitting A31 and the coil presser fitting on the outer side of the coil. B32 is arranged as a structural member.
[0009]
The leakage magnetic flux in the arrangement | positioning of the coil | winding of the transformer of Example 1 is demonstrated using FIG. Leakage when inner winding is primary winding and round or square wire is used, while outer winding is secondary winding and sheet winding is used (Structure 1) The flow of magnetic flux is shown in FIG. The leakage magnetic flux generated from the winding generates an eddy current when passing through the winding using the sheet-like electric wire. Since the magnetic flux due to this eddy current is in the opposite direction to the leakage magnetic flux, the winding using the sheet-shaped wire is not affected by the leakage magnetic flux on the opposite side of the other winding (outside the coil). , Will have a shielding effect. On the other hand, the leakage flux concentrates on the other winding side (coil inner side) of the winding using the sheet-like electric wire. In the transformer of this embodiment, the structural member located on the inner periphery of the coil is a non-magnetic member, and the outer periphery of the coil is a magnetic member. Since the non-magnetic member uses a material having a large skin thickness such as a non-magnetic material, it is difficult for eddy currents to flow and generation of eddy current loss can be reduced. For this reason, since the structural member on the inner periphery of the coil is a non-magnetic member, it is not affected by the leakage magnetic flux, and even if the outer periphery of the coil is a magnetic member, generation of eddy current can be reduced.
[0010]
Next, when the inner winding is a secondary winding and a sheet-like winding is used, while the outer winding is a primary winding and a round wire or a square wire is used (Structure 2) FIG. 3B shows the flow of leakage magnetic flux. Like structure 1, the winding using sheet-shaped electric wire is not affected by leakage magnetic flux on the side opposite to the other windings (inside the coil), so it has a shielding effect. The leakage magnetic flux is concentrated on the other winding side (outside of the coil) of the winding using the wire. Therefore, in the transformer of structure 2, the structural member located on the outer periphery of the coil is a nonmagnetic member, and the inner periphery of the coil is a magnetic member.
[0011]
In the primary windings of the structure 1 and the structure 2, a round wire or a square wire is used, but a sheet-like electric wire can also be used. In this case, if the width (height) dimension of the primary winding is made smaller than the width (height) dimension of the secondary winding, the sheet-like electric wire having the larger width (height) dimension at the top end of the coil Due to the shielding effect, the leakage flux concentrates on the structural member facing the sheet-like electric wire, so that the same effects as those of the structures 1 and 2 can be obtained. The material of the sheet-like winding can be aluminum, copper, or an alloy thereof, and the material of the structural member that is a non-magnetic material is a metal such as stainless steel or titanium, or wood, a press board, etc. Resins such as insulating members and FRP can be used.
[0012]
The stray load loss amount of the transformer according to the first embodiment will be described. The stray load loss that occurs when the structure 1 and structure 2 (however, the non-magnetic material at this time is made of stainless steel and the material of the primary and secondary coils is made of copper) is reduced to the conventional structure (copper on the outer winding). The stray load loss generated in the case where the primary coil is provided with a round wire, the secondary winding is provided with a copper sheet on the inner peripheral winding, and the structural members are all made of steel) is compared with 100%. However, in this data, the number of turns of the coil and the finished dimensions, the dimensions of the tank and the fastener, etc. are the same. In the structure 1 of the first embodiment, stray load loss was reduced by 35% and in the structure 2 by 15%. However, many non-magnetic materials have problems that they are difficult to process, cost more than steel plates, and have low strength. Therefore, in order to put it to practical use, it is necessary to minimize the input amount of the material having this problem and the processing step. Therefore, when judged by the high cost with respect to the loss reduction ratio, it can be said that the structure 1 of this embodiment is very effective. As described above, the present embodiment, particularly the structure 1 can reduce the stray load loss most efficiently and increase the resistance loss in the load loss, so that the load loss can be reduced. Therefore, the transformer can be made compact, lightweight, and manufacturing cost can be reduced.
[0013]
In addition, although the amorphous transformer was demonstrated in the said Example, the same effect can be show | played also in the transformer which uses the iron core which consists of another material.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, stray load loss can be effectively reduced at a low cost. In particular, in a low-loss transformer, further improvement in efficiency, miniaturization, and weight reduction of the transformer can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective explanatory view of an iron core coil assembly in an amorphous iron core transformer of an embodiment.
FIG. 2 is a top cross-sectional explanatory view of an arrangement of iron cores, coils, and metal fittings of an amorphous transformer according to an embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a leakage magnetic flux distribution in the amorphous transformer of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Iron core 2 Coils 21 Primary coil 22 Secondary coil 23 Coil bobbin 3 Structural member 31 Coil holding metal fitting A
32 Coil retainer B
4 Leakage magnetic flux vector

Claims (1)

鉄心と、同心円状に巻回される一次巻線及び二次巻線を有するコイルと、該コイルの内周部に配置されて変圧器中身を保持する第１の構造部材と、前記コイルの外周部に配置されて変圧器中身を保持する第２の構造部材とを具備する変圧器において、
前記一次巻線は、コイル外周に巻回された丸線又は角線、あるいはその材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、前記二次巻線は、コイル内周に巻回され、その材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、かつ、前記一次巻線がシート状電線であるときは、その幅寸法又は高さ寸法が該一次巻線と比較して大きく、前記第１の構造部材は鋼材であり、前記第２の構造部材はその材質が非磁性材のステンレスであることを特徴とする変圧器。And the iron core, the first structural member for holding a coil having a concentrically to the primary winding Ru wound and a secondary winding, the transformer contents are arranged on the inner periphery of the coil, the outer periphery of the coil A transformer having a second structural member disposed in the section and holding the contents of the transformer,
The primary winding is a round wire or a square wire wound around the coil outer periphery, or a sheet-shaped electric wire made of copper or an alloy thereof, and the secondary winding is wound around the coil inner periphery, When the material is a sheet-like electric wire made of copper or an alloy thereof, and the primary winding is a sheet-like electric wire, the width or height is larger than the primary winding, and the first winding The transformer according to claim 1, wherein the first structural member is a steel material, and the second structural member is a non-magnetic stainless steel.

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