JP4355175B2

JP4355175B2 - 分離式トランス

Info

Publication number: JP4355175B2
Application number: JP2003198981A
Authority: JP
Inventors: 芳明広田; 穂高本間
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP2005038987A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構成する磁気回路の一部が着脱自在な構造を持つトランスにおいて、着脱する接合部からの漏洩磁束を最小にするとともに、着脱を容易に行うことができる分離式トランスの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、トランスは一次コイルに電圧を印加して発生させた磁束が損失しない様に様々な工夫がなされている。たとえば、鉄損が小さく磁束密度の高い材質を選んだり、コイルの巻き方を工夫したり、電磁鋼板を積層する場合にコーナー部での磁束損失を防止するために４５度や９０度のラップをとるなど構造上の工夫をすること等によって磁束損失を最小に抑えており、トランスは極めてエネルギー変換効率の高い装置となっている。このように磁路が固定できる場合には、トランスはエネルギー損失が極めて少ない装置にできる。
一方、本発明者は例えば特許文献１等で、円筒状金属コイルを効率よく均一に急速加熱する方法において、被加熱物をトランスに挿入したり、加熱後取り出したりするために、トランスが分離できる構造になっているものを開示している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９２７２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、トランスが分離できる構造の場合、トランスの磁路を分離する位置、構造が磁束損失の大きさや作業性、作業時間に大きく影響を与える。すなわち、トランスの磁路を着脱自在な様に分離することは、磁気抵抗を増やすことになり、磁束の漏洩が起こりやすくなるとともに、接合部の着脱は、接合部の構造によって作業性が大きく左右され、作業時間にも大きな影響を与える。また、可動鉄心のサイズは小さくても、その質量は一般的には重く、ハンドリングを上手く行わないと接合部がぶつかって変形や損傷が起こりやすくなり、使う毎に変形が進みやすくなるという問題がある。
そこで、本発明はこれらの問題を解決するための分離式トランスの接合部の構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は下記の通りである。
（１）２箇所以上の接合部を有する着脱可能な積層トランスにおいて、接合部分の積層した電磁鋼板の圧延方向が一致する様に、着脱部の鉄心の断面が形成されると共に、接合部の両鉄心の外周に密着するように電磁鋼板又はフェライトの押さえ板が設けられたことを特徴とした分離式トランス。
（２）少なくとも着脱する鉄心部に方向性電磁鋼板が用いられていることを特徴とする（１）記載の分離式トランス。
（３）前記電磁鋼板又はフェライトの押さえ板が、開閉機能を有することを特徴とする（３）記載の分離式トランス。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明による分離式トランスを説明する正面模式図である。そして、図２は、図１の接合部Ａ−Ａ断面を示す平面図を示し、図３は図２のＢ−Ｂ断面の接合部近傍を示す正面断面図である。
【０００７】
本発明による分離式トランスは、例えば図１の様に１次コイル２を巻いたコの字形の固定鉄心１と着脱自在なコの字形の可動鉄心３とから成り、図１上では高さ方向中央よりやや上で両鉄心の接合面が合う。この固定鉄心１と可動鉄心３の断面は、図２に示すように薄い電磁鋼板５が積層している。電磁鋼板５は、図２紙面の奥行き方向が圧延方向になっている。したがって、図１の接合部は、この積層した電磁鋼板５の圧延方向の面を途中で切断した様な形になる。尚、図１では固定鉄心１と可動鉄心３の接合面は、圧延方向に対して垂直な断面のものを例示しているが、圧延方向に対して斜めの面でも良い。
【０００８】
この様な構成の固定鉄心１と可動鉄心３を接合させた場合、接合部分の積層した電磁鋼板の圧延方向が一致するため、コイルで発生させた磁束が、磁気抵抗の最も小さい圧延方向の磁路を通ることができ、損失を最小にして磁束密度を高めることができるという利点がある。
ここで、電磁鋼板の圧延方向というのは、言い換えればコイル巻き取り方向のことを意味している。
【０００９】
また、この様な着脱可能な積層トランスの接合部は、上記の例の様にコの字形であれば２箇所であるが、Ｅの時字形であれば３箇所となり、さらにコの字形を２つ直角にクロスさせたものであれば４箇所となる等、２箇所以上の接合部を有するものを適宜選択することができる。
【００１０】
さらに、接合部分の積層した鉄板としては、方向性電磁鋼板や無方向性電磁鋼板のいずれを用いても構わない。
但し、接合部分の積層した鉄板に方向性電磁鋼板を用いると、圧延した方向の磁気抵抗が小さいことから、磁束が圧延方向に通りやすいという性質があるため、図１の様に電磁鋼板の圧延方向に接合面を形成すると、磁気抵抗の小さな接合ができるためより好ましい。
【００１１】
さらに、着脱可能な積層トランスにおいては、接合部分の積層した電磁鋼板の圧延方向が一致するか否かにかかわらず、この接合部は、通常数百〜数千枚の鋼板を切断し積み重ねて製作される。しかし、使用する電磁鋼板の枚数が多く面を揃えても、隙間無く完全に固定鉄心１と可動鉄心３の面を平面で合わせることは難しい。鉄心を組み上げてから接合面を研磨しても良いが、研磨時に積層した電磁鋼板がめくれやすいという問題がある。また、製作当初は接合面の密着性が良好であっても、使用中に接合部の変形や損傷などを受けたり、錆などの発生により平面での完全な接合が維持できなくなってくる。固定鉄心１と可動鉄心３との接合部が良好に面で合わせることができなくなると、接合部には空気の層ができ磁気抵抗となり、インダクタンスの増加をもたらすとともに、磁束が接合部から漏れやすくなり、効率の低下や他の導電体が誘導を受けたりすることも有り、極力漏れ磁束は避ける必要がある。
【００１２】
この漏れ磁束を防止するため、本発明では固定鉄心１と可動鉄心３との接合部の周りを、良磁性体の押さえ板４（図２では４ａ〜４ｄ）で密着させて取り囲む様にする。こうすることにより、仮に接合面が平面で良好に接合できなくなって、漏れ磁束が増えても、漏れた磁束が接合部の外に設けた良磁性の押さえ板体４ａ〜４ｄを通り、再び鉄心に戻るため、トランスの外部に磁束が漏れることはなくなる。
また、磁気抵抗の大きくなる接合部の磁路の面積が増えることから、結果として接合部の磁気抵抗は下がり、インダクタンスが低下し磁束が通りやすくなり、トランスの効率が上がる。
【００１３】
ここで良磁性の押さえ板４ａ〜４ｄとは、電磁鋼板やフェライトなどの比透磁率の高い材質のものであれば良く、特に規定するものではない。また、これらの比透磁率の高い材質を、所望の磁気抵抗となるように、例えば電磁鋼板を積層したり、フェライトを成型したり、まとめて固定するなどして、必要な断面積、長さにして用いれば良い。
また、この押さえ板は、必ずしも接合部の４周全てに配置する必要は無く、漏れ磁束の出やすい方向に適宜設置すれば良い。
【００１４】
次に、前記の良磁性の押さえ板が、開閉機能を有する場合について説明する。本発明では、固定鉄心１と可動鉄心３との接合作業を短縮するため、この接合部を取り囲む良磁性体の押さえ板４ａ〜４ｄを、可動鉄心３を接合部に導くためのガイドとしても使うことができる。ここでも押さえ板は、必ずしも接合部の４周全てに配置する必要は無く、漏れ磁束の出やすい方向に適宜設置すれば良い。
その際に、例えば開閉機能を有する良磁性の押さえ板を用いると、図４に例示するように良磁性体の押さえ板４ａ〜４ｄを固定鉄心１に密着して設置するとともに、接合部より上の部分をやや外側に開き気味に設定でき、可動鉄心３を挿入するときのガイドとすることにより、可動鉄心３は容易に接合面の定位置に導かれ固定鉄心１と接合される。
【００１５】
次に、固定鉄心１と可動鉄心３との接合作業が終了した後、ガイドとして用いた良磁性体の押さえ板４ａ〜４ｄの上部を、ボルト締めなどにより閉じることにより、押さえ板４ａ〜４ｄの上部を可動鉄心に密着させ、固定鉄心１と可動鉄心３を固定することができる。この様にすることで、固定鉄心１と可動鉄心３との接合面を合わせるのに時間がかからないので、短時間に接合が可能となり、迅速に稼働準備ができるため好ましい。
また、接合した両鉄心を分離する場合は、良磁性体の押さえ板４ａ〜４ｄを開にすれば良い。
【００１６】
上記では、良磁性の押さえ板の開閉機能として、押さえ板の上部のみに開閉機能を有するものを例示したが、押さえ板全面が平行に移動する形式のもの等でも良く、適宜設定すれば良い。また、良磁性の押さえ板の開閉機能としては、例えばボルト締めで固定する方式、バネなどを用いて固定する方式、あるいはエアーシリンダーや油圧シリンダーを用いた方式など特に方法は限定するものではない。
【００１７】
以上説明した様に、本発明の分離式トランスは、接合部での漏れ磁束を抑えることができるため効率が良く、他の金属への漏れ磁束を防止できるとともに、可動鉄心と固定鉄心との接合作業が容易にできることから、トランス形成の準備時間短縮が可能となる。また、接合部の鉄心の変形や損傷なども防止ができることから、長期間にわたり安定した使用が可能である。
【００１８】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、実験を行った。表１は、各種着脱式トランスにおいて一次電圧で発生させた磁束密度の接合部での減少割合の平均を示す。
実験は、表１に示すような形態の、高さ１０［ｃｍ］、幅１４［ｃｍ］、断面積６［ｃｍ２］の電磁鋼板製のコの字形積み鉄心２つを中央で合わせた。
両鉄心の材質に無方向性電磁鋼板を用い、一方の鉄心に一次コイルを２０回巻いた場合を、参考例Ａとした。
また、参考例Ａと同じ形状で、両鉄心の材質を方向性電磁鋼板とした場合を、参考例Ｂとした。
さらに、参考例Ｂの接合部の外周に方向性電磁鋼板を積んで作った厚み０．５［ｃｍ］、長さ５［ｃｍ］の押さえ板を配置した場合を、本発明による実施例Ｃとした。
比較例として両鉄心の材質に方向性電磁鋼板を使い、圧延方向と９０°で接合する場合を、比較例Ｄとした。
【００１９】
これらの場合について、一次コイルに５０Hzの交流電圧をmax１０Ｖまで印加したときの、一次コイルで発生させた磁束密度と接合部の磁束密度を測定し、
磁束密度損失割合＝（接合部での磁束密度の減少量）／（一次コイルで発生させた磁束密度）×１００
として平均の磁束密度損失割合を求めた。
接合部は、研磨をかけ０．２［mm］のギャップを故意に設け、その他の部分が完全接触するようにし接触割合を６０％となるように調整したものを用いた。
【００２０】
その結果、表１に示すように材質に無方向性電磁鋼板を用い、圧延方向を一致させて接合した参考例Ａのトランスの場合には、平均の磁束損失割合は３．２％と良好であった。
次に、方向性電磁鋼板を用い、圧延方向を一致させて接合した参考例Ｂのトランスでは、平均の磁束損失割合は１．８％と良好であり、方向性電磁鋼板を用いた方が磁束密度の減少をより抑えることが可能であることを確認した。
さらに、接合部の周囲をトランスと同じ電磁鋼板製の押さえ板を配置した実施例Ｃの場合には、平均の磁束密度損失割合は０．３％と極めて良好であった。
それに対し、同じ材質で圧延方向が９０°異なる向きで接触させて接合した比較例Ｄのトランスでは、平均の磁束損失割合は７．６％と大きくなり、接合は圧延方向を一致させないと、磁束の損失を減少させることができないことを確認した。
なお、表１の評価は、平均の磁束損失割合が１％未満を◎、１％以上５％未満が○、５％以上を×とした。
【００２１】
本構造が、磁束密度損失の低下に効果があることがわかったので、１辺が１０［cm］角の、断面積１００［cm²］の分離式トランス（高さ１［ｍ］、幅１［ｍ］）を製作し、固定側の鉄心に長さ２０［cm］（固定鉄心側に１０［cm］、可動鉄心側に１０［cm］）の電磁鋼板製押さえ板で４周を囲むように固定した。可動鉄心側の押さえ板は、上端部を外側に５［mm］開いた形とし、両鉄心接合後、コンテナヒンジで可動鉄心に密着するように固定した。
この様な構造で、可動鉄心の脱着を１００回繰り返し、接合面の変形、押さえ板の変形等が無いかどうかをテストした。その結果、全く接合部に異常はなく安定して使用できることを確認した。また、鉄心の接合に要する時間も２〜３分程度と極めて短時間で実施でき、作業性も良好なことを確認した。
以上の様に、本発明の分離式トランスは、磁束損失が極めて小さく、作業性も良好であった。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【発明の効果】
本発明のトランスを用いれば、２カ所以上の接合部を有する分離式トランスでも接合部の磁束損失を小さくできる。
接合部の磁束密度損失は、漏洩磁束が周囲の金属部材を誘導加熱したり、ノイズの原因になったりするとともに、トランスのリアクタンスが大きくなり効率の低下をもたらしたりする。場合によっては、接合部の間隙に蓄えられた誘導エネルギーにより電源遮断時に異常電流が電源側に戻ったりするという問題がある。これに対し、本発明の分離式トランスは、これらの問題が起こらず安定した運転が可能となる。また、作業性が良く、短時間にトランスとして構成することが可能で、接合面の変形や異常も生じにくいため、長時間メンテナンスが不要になるなど、金属タイトコイルを加熱する電源として用いる場合など、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による分離式トランスの構造を説明する正面模式図である。
【図２】本発明による、図１に示す分離式トランスのＡ−Ａ断面の構造を示す断面模式図である。
【図３】本発明による、図２に示す分離式トランスのＢ−Ｂ断面の構造を示す正面断面模式図である。
【図４】本発明による、分離式トランスの接合部に設ける良磁性体押さえ板を可動鉄心挿入時のガイドとして使用する場合を説明する正面断面模式図である。
【符号の説明】
１固定鉄心
２１次コイル
３可動鉄心
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ良磁性体押さえ板
５電磁鋼板

Claims

２箇所以上の接合部を有する着脱可能な積層トランスにおいて、接合部分の積層した電磁鋼板の圧延方向が一致する様に、着脱部の鉄心の断面が形成されると共に、接合部の両鉄心の外周に密着するように電磁鋼板又はフェライトの押さえ板が設けられたことを特徴とする分離式トランス。
少なくとも着脱する鉄心部に方向性電磁鋼板が用いられていることを特徴とする請求項１記載の分離式トランス。
前記電磁鋼板又はフェライトの押さえ板が、開閉機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の分離式トランス。