JP5867982B2 - 変圧器、変圧器鉄心の製造装置及び製造方法 - Google Patents
変圧器、変圧器鉄心の製造装置及び製造方法 Download PDFInfo
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Description
アモルファス材は納入時にメーカの成績書(ミルシートデータ)が付属されており、この成績書にはある所定の長さでの材料幅と質量の実測により求められた質量平均板厚、占積率が記載されている。この記載値より使用しているフープ材の板厚平均と占積率平均の値により切断時の補正値を推定し、精度の向上を図る。
材料送り出し機構の高精度安定化のための解決手段を説明する。
図1〜図7は、本発明の実施例の説明図である。図1は、本発明の製造技術による変圧器鉄心を用いた変圧器の構成例を示す図、図2は、本発明の製造技術による変圧器鉄心の磁性材のつなぎ部の説明図、図3は、本発明の変圧器鉄心の製造装置の構成例を示す図、図4は、図3の変圧器鉄心の製造装置におけるずらし量調整手段の説明図、図5は、図3の変圧器鉄心の製造装置における第2の重ね手段の説明図、図6は、図3の変圧器鉄心の製造装置における環状化手段の説明図、図7は、本発明の変圧器鉄心の製造装置の他の構成例を示す図である。
以下、説明中で用いる図1の構成における構成要素には、図1の場合と同じ符号を付して用いる。
図2において、10Aは、ブロック状積層体、10a〜10eはそれぞれ、ブロック状積層体10Aを構成する厚さが約0.025×10−3mのアモルファスシート材、10a1は、アモルファスシート材10aの先端部、10a2は、アモルファスシート材10aの終端部、gaは、先端部10a1と終端部10a2の間に形成されるギャップである。本図2の構成は、アモルファスシート材10a〜10eがそれぞれ、その先端部の端面(先端面)と、終端部の端面(終端面)とが、ギャップを隔てて対向状態で突き合わされている場合である。該ギャップは、いずれのアモルファスシート材においても、各アモルファスシート材が形成する磁気回路における磁気抵抗の増大と磁束の漏洩とを抑えられる小さい値とされ、ゼロであってもよい。以下、アモルファスシート材の先端面と終端面とが突き合わされている部分を突き合わせ部という。ブロック状積層体10Aにおいて、アモルファスシート材10a〜10eは、異なる長さを有し、アモルファスシート材10a、10b、10c、10d、10eの順に長くされ、最も短いアモルファスシート材10aが環状鉄心1の内周側に、最も長いアモルファスシート材10eが外周該側に配されているものとする。本発明においては、アモルファスシート材10a〜10eがそれぞれ、その先端部と、終端部とが互いに重なり合う(ラップする)ように、該両端部を互いに重ね合わせてもよい。この場合は、該重ね合わせた部分を重ね合わせ部という。
以下、説明中で用いる図2の構成における構成要素には、図2の場合と同じ符号を付して用いる。
図3において、1000は、変圧器鉄心1の製造装置、100は、磁性材としての約25μmの薄板状のアモルファスシート材がフープ状に巻かれた複数の巻装体のそれぞれを支持する支持手段としての巻装体支持部、150a〜150dは、約0.025×10−3mの薄板状のアモルファスシート材がフープ状に巻かれた巻装体、101a〜101dは、巻装体150a〜150dを回転可能な状態で支持するリール部、11a〜11dは、巻装体150a〜150dから引き出されたアモルファスシート材、180は、引き出されたアモルファスシート材11a〜11dに当接し、アモルファスシート材11a〜11dに張力を発生させるローラ、200は、上記引き出された複数のアモルファスシート材11a〜11dを予め設定された位置で略同時に切断し、異なった長さの複数の薄板状のアモルファスシート材を形成する切断手段、201a〜201dは、切断手段200内においてアモルファスシート材11a〜11dを切断し短冊状のアモルファスシート材にするカッター部、300は、上記複数の巻装体150a〜150dのそれぞれから、それぞれのアモルファスシート材11a〜11dを予め設定された長さ分だけ引き出す引出し手段としての引き出し部、301a〜301dはそれぞれ、引き出し部300内において、アモルファスシート材11a〜11dの先端部を把持する把持部、302a〜302dはそれぞれ、引き出し部300内において、把持部301a〜301dを、各アモルファスシート材11a〜11dが引き出される方向に移動変位させる駆動部、400は、上記切断された複数の短冊状のアモルファスシート材をその長さの順に積層し(重ね合わせ)、それぞれの長さ方向の一方の端部の端面(先端面または後端面)を互いに揃え、他方の端部の端面(後端面または先端面)を互いにずらした状態、または、該両端部の端面(先端面及び後端面)をともにずらした状態にして、ブロック状積層体を形成する第1の重ね手段としての第1の重ね部、500は、上記形成したブロック状積層体内の上記複数のアモルファスシート材の相互間のずらし量すなわちアモルファスシート材の先端面と後端面のそれぞれの位置のずらし量を予め設定した量に調整するずらし量調整手段としてのずらし量調整部、600は、ずらし量が調整された複数のブロック状積層体を、その長さの順に積み重ねる第2の重ね手段としての第2の重ね部、700は、上記複数のブロック状積層体が積み重ねられて成る積層体を、長さの長いブロック状積層体を外周側に、短いブロック状積層体を内周側にして巻芯に巻き付け、それぞれのアモルファスシート材の両端部を互いに突合わせまたは重ね合わせ、該突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置にあるようにして環状化する環状化手段としての環状化部、900は、上記巻装体支持部100、上記切断手段200、上記引き出し部300、上記第1の重ね部400、上記ずらし量調整部500及び上記第2の重ね部600を制御する制御部、800は、上記環状化された積層体(複数のブロック状積層体から成る)を予め設定された温度及び時間で加熱して熱処理を行う熱処理部である。図3において、鉄心1の製造装置1000は、上記巻装体支持部100、上記切断手段200、上記引き出し部300、上記第1の重ね部400、上記ずらし量調整部500、上記第2の重ね部600、上記環状化部及び上記制御部900を備えて構成される。
(2)上記引き出された複数のアモルファスシート材を、切断手段200により、予め設定された位置で略同時に切断し、異なった長さの複数の薄板状のアモルファスシート材
を形成する。
(3)第1の重ね部400により、上記切断された複数のアモルファスシート材を長さの順に積層し、それぞれの長さ方向の一方の端部の端面を互いに揃え、他方の端部の端面を互いにずらした状態、または、該両端部の端面をともにずらした状態にしてブロック状積層体を形成する。
(4)ずらし量調整部500において、上記ブロック状積層体のアモルファスシート材のうち最外部の2枚のアモルファスシート材それぞれの上記一方の端部側の表面を押し該ブロック状積層体に対しアモルファスシート材の積層方向に圧縮力を作用させ該ブロック状積層体の端部を端部固定部で固定する。
(5)ずらし量調整部500において、上記端部固定部を移動変位させ、上記ブロック状積層体を、長さの長いアモルファスシート材が外周側、短いアモルファスシート材が内周側となるようにして予め設定した曲率で曲げる。
(6)ずらし量調整部500において、上記曲げられた上記ブロック状積層体の長さ方向の中間部で該ブロック状積層体に対し磁性材積層方向に圧縮力を中間部固定部によって作用させる。
(7)ずらし量調整部500において、上記中間部固定部で上記ブロック状積層体に圧縮力を作用させたまま、上記端部固定部による該ブロック状積層体の端部固定を解放するとともに、該端部固定部を移動変位させて、該ブロック状積層体の上記曲げの曲率を減少させ、該ブロック状積層体内の上記複数のアモルファスシート材の相互間のずらし量を予め設定した量に調整する。
(8)第2の重ね部600により、上記ずらし量が調整された複数のブロック状積層体を、その長さの順に積み重ねる。
(9)環状化部700により、上記複数のブロック状積層体が積み重ねられて成る積層体を、長さの長いブロック状積層体を外周側に、短いブロック状積層体を内周側にして巻芯に巻き付け、それぞれのアモルファスシート材の両端部を互いに突合わせまたは重ね合わせ、該突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置にあるようにして環状化する。
(10)上記環状化された積層体を、熱処理部800において、予め設定された温度及び時間で加熱して熱処理を行う。該熱処理は磁場内で行う。
以下、説明中で用いる図3の構成における構成要素には、図3の場合と同じ符号を付して用いる。
図4において、501Aは、ずらし量調整部500内において、厚さが約0.025×10−3mのアモルファスシート材10a〜10eが積層されて成るブロック状積層体10Aの最外部の2枚のアモルファスシート材10a、10eそれぞれの一方の端部10a1、10e1側の表面を押し該ブロック状積層体に対しアモルファスシート材の積層方向に圧縮力を作用させ該ブロック状積層体の端部を固定する端部固定部、502A1、502A2はそれぞれ、ずらし量調整部500内において、曲げられた上記ブロック状積層体10Aの長さ方向の中間部で該ブロック状積層体10Aに対しアモルファスシート材積層方向に圧縮力を作用させる中間部固定部、10Ae1は、ブロック状積層体10Aの、端部固定部501Aによって固定されるブロック状積層体10Aの端部の端面、10Ae2は、ブロック状積層体10Aの、もう一方の端部の端面である。
以下、説明中で用いる図4の構成における構成要素には、図4の場合と同じ符号を付して用いる。
図5において、10A、10B、10Cはそれぞれ、ずらし量調整部500によって、図4(c)のような状態に形成されたブロック状積層体であり、10Cは、その長さが最も長く、10Aは、その長さが最も短く、10Bの長さは、10Cと10Aの中間である。第2の重ね部600は、ずらし量が調整された複数のブロック状積層体10A、10B、10Cは、その長さの順に積み重ねられる。10は、ブロック状積層体10A、10B、10Cが、その長さの順に積み重ねられて成る積層体である。積層体10において、ブロック状積層体10A、10B、10C相互間を±X軸方向にずらす量は、該積層体10が環状化されたとき、それぞれのアモルファスシート材の両端部の突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置となるようにしたずらし量である。
以下、説明中で用いる図5の構成における構成要素には、図5の場合と同じ符号を付して用いる。
図6において、701は、積層体10が巻き付けられる巻芯である。環状化部700においては、上記複数のブロック状積層体10A、10B、10Cが積み重ねられて成る積層体10を、長さの長いブロック状積層体10Cを外周側に、短いブロック状積層体10Aを内周側にして巻芯701に巻き付け、それぞれのアモルファスシート材の両端部を互いに突合わせまたは重ね合わせ、該突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置にあるようにして環状化する。すなわち、環状化された状態において、ブロック状積層体10Aのつなぎ部20A内で、それぞれのアモルファスシート材の両端部の突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置にあるようにされる。ブロック状積層体10B、10C内においても同様である。さらに、ブロック状積層体10A、10B、10C間においても、アモルファスシート材の両端部の突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置にあるようにされる。
図7において、1000’は、変圧器鉄心の製造装置、100’は、磁性材としての約25μmの薄板状のアモルファスシート材がフープ状に巻かれた複数の巻装体のそれぞれを支持する支持手段としての巻装体支持部、150a〜150dは、約0.025×10−3mの薄板状のアモルファスシート材がフープ状に巻かれた巻装体、102a〜102dは、巻装体150a〜150dを回転可能な状態で支持するリール部、180’は、引き出されたアモルファスシート材11a〜11dに当接し、アモルファスシート材11a〜11dに所定の張力を発生させるローラ、200’は、上記引き出された複数のアモルファスシート材11a〜11dを予め設定された位置で略同時に切断し、異なった長さの複数の薄板状の短冊状のアモルファスシート材を形成する切断手段、202a〜202dは、切断手段200’内においてアモルファスシート材11a〜11dを切断し短冊状にするカッター部、300’は、上記複数の巻装体150a〜150dのそれぞれから、それぞれのアモルファスシート材11a〜11dを予め設定された長さ分だけ引き出す引出し手段としての引き出し部、301a’〜301d’はそれぞれ、引き出し部300’内において、アモルファスシート材11a〜11dの先端部を把持する把持部、400’は、上記切断された複数のアモルファスシート材10a〜10cをその長さの順に積層し(重ね合わせ)、それぞれの長さ方向の一方の端部の端面(先端面または後端面)を互いに揃え、他方の端部の端面(後端面または先端面)を互いにずらした状態、または、該両端部の端面(先端面及び後端面)をともにずらした状態にして、ブロック状積層体を形成する第1の重ね手段としての第1の重ね部、500は、上記形成したブロック状積層体内の上記複数のアモルファスシート材の相互間のずらし量すなわちアモルファスシート材の先端面と後端面のそれぞれの位置のずらし量を予め設定した量に調整するずらし量調整手段としてのずらし量調整部、600は、ずらし量が調整された複数のブロック状積層体を、その長さの順に積み重ねる第2の重ね手段としての第2の重ね部、700は、上記複数のブロック状積層体が積み重ねられて成る積層体を、長さの長いブロック状積層体を外周側に、短いブロック状積層体を内周側にして巻芯に巻き付け、それぞれのアモルファスシート材の両端部を互いに突合わせまたは重ね合わせ、該突合わせ部または重ね合わせ部が隣接するアモルファスシート材層間で周方向の異なる位置にあるようにして環状化する環状化手段としての環状化部、900’は、上記巻装体支持部100’、上記切断手段200’、上記引き出し部300’、上記第1の重ね部400’、上記ずらし量調整部500及び上記第2の重ね部600を制御する制御部である。
果、変圧器鉄心の低コスト化も可能となる。
このように従来は、作業者が材料の切断長を成形後の接合状態の結果で調整を行っていた。また、この方法では設計者が意図している断面積を本当に確保できているかは不明である。
ここで、質量平均積厚t1について説明する。切断装置はある所定の指定質量(鉄心1個分の重量)になったら切断を終えるように設定されており、このとき切断長(L1)×積層枚数×材料幅×材料の比重に板厚(質量平均板厚t1)を掛けると、切断質量が求まる。
この関係式より質量平均板厚t1を求めることができる。これを質量平均積厚t1と定義し、上記関係式より求める。この関係式で、切断長L1,切断質量Mの数値を指定し、材料の幅及び材料の比率は固定値であり、また積層枚数は材料を積み上げられた枚数であるため求まる。
実効占積率LF1=実効積厚T2/実測積厚T1 ‥‥(2)
補正係数KLF=実効占積率LF1/標準占積率(LF2)‥‥(3)
補正送出し量L1=補正係数KLF×基準送出し量L2‥‥(4)
において、前記のように占積率は、ある容積に占める鉄心(磁性材)の占める割合であり、標準占積率は設計地として持っている占積率をいう。
2000・・・変圧器、
1・・・変圧器鉄心、
2a、2b・・・コイル、
10A、10B、10C・・・ブロック状積層体、
10a〜10e、11a〜11d・・・アモルファスシート材、
20、20A・・・つなぎ部、
100、100'・・・巻装体支持部、
101a〜101d、102a〜102d・・・リール部、
150a〜150d・・・巻装体、
180、180'・・・ローラ、
200、200'・・・切断手段、
201a〜201d、202a〜202d・・・カッター部、
300、300'・・・引き出し部、
301a〜301d、301a'〜301d'・・・把持部、
302a〜302d・・・駆動部、
400、400'・・・第1の重ね部、
500・・・ずらし量調整部、
501A・・・端部固定部、
502A1、502A2・・・中間部固定部、
600・・・第2の重ね部、
700・・・環状化部、
701・・・巻芯、
800・・・熱処理部、
900、900'・・・制御部。
80・・・アンコイラ装置部
81・・・切断装置部
82・・・材料積上げ部
84・・・切断・送出し一体装置部
88・・・鉄心芯金
89・・・積厚測定用シリンダ
90・・・送り出し装置(フィードローラ)
91・・・材料引き出し装置(ハンド機構)
93・・・ガイド
85・・・アモルファス材
93・・・ベルトコンベア
95・・・噴出し口付トレイ
96・・・ハンド機構部フィードローラ
97・・・セパレータ
Claims (5)
- 磁性材の薄板が積層された環状の変圧器鉄心を製造する変圧器鉄心の製造装置であって、
薄板状の磁性材がフープ状に巻かれた複数の巻装体のそれぞれを支持する支持手段と、
前記複数の巻装体のそれぞれから、それぞれの磁性材を予め設定された長さ分引き出す引出し手段と、
前記引き出された複数の磁性材を予め設定された位置で略同時に切断し、異なった長さの複数の薄板状の磁性材を形成する切断手段と、
前記切断された複数の磁性材を長さの順に積層し、ブロック状の積層体を形成する第1の重ね手段と、
前記積層体内の前記複数の磁性材の相互間のずらし量を予め設定した量に調整するずらし量調整手段と、
前記ずらし量が調整された複数のブロック状積層体を、その長さの順に積み重ねる第2の重ね手段と、
前記複数のブロック状積層体が積み重ねられて成る積層体を、長さの長いブロック状積層体を外周側に、短いブロック状積層体を内周側にして巻芯に巻き付け、それぞれのブロック状積層体内で、それぞれの磁性材の両端部を互いに突合わせまたは重ね合わせ、該突合わせ部または該重ね合わせ部が隣接する磁性材層間で周方向の異なる位置にあるようにして環状化する環状化手段と、
少なくとも、前記引出し手段及び前記切断手段を制御する制御部と、
前記磁性材のミルシートに記載された質量平均板厚と、積層枚数と、実測した積層材料の積厚を用いて占積率を算出し、該算出した占積率と標準占積率との比から送出し量に関する補正係数を算出し、該補正係数を基準送出し量に乗じたものを送出し量として前記磁性材を送り出して切断成形する切断成形部と、
を備えたことを特徴とする変圧器鉄心の製造装置。 - 請求項1記載の変圧器鉄心の製造装置において、
前記ずらし量調整手段は、前記ブロック状の積層体の磁性材のうち最外部の2枚の磁性材それぞれの前記一方の端部側の表面を押し該積層体に対し磁性材積層方向に圧縮力を作用させ該積層体の端部を固定する端部固定部と、該端部固定部を移動変位させ、該積層体を、長さの長い磁性材が外周側、短い磁性材が内周側となるようにして予め設定した曲率で曲げる曲げ部と、該曲げられた該積層体の長さ方向の中間部で該積層体に対し磁性材積層方向に圧縮力を作用させる中間部固定部とを備え、該中間部固定部で該積層体に圧縮力を作用させたまま、前記端部固定部による該積層体の端部固定を解放するとともに、該端部固定部を移動変位させて、該積層体の前記曲げの曲率を減少させ、該積層体内の前記複数の磁性材の相互間のずらし量を予め設定した量に調整し、
前記環状化手段は、前記複数のブロック状積層体が積み重ねられて成る積層体を、長さの長いブロック状積層体を外周側に、短いブロック状積層体を内周側にして巻芯に巻き付け、それぞれの磁性材の両端部を互いに突合わせまたは重ね合わせ、該突合わせ部または該重ね合わせ部が隣接する磁性材層間で周方向の異なる位置にあるようにして環状化する
ことを特徴とする変圧器鉄心の製造装置。 - 請求項1又は2のいずれか記載の製造装置において、
前記切断成形部は、V字形状又は逆V字形状のガイドと、フィードローラにて送り出す機構とを備えたことを特徴とする変圧器鉄心の製造装置。 - 請求項1又は2のいずれか記載の製造装置において、
前記切断成形部は、ベルトコンベアを設けたトレイを備えたことを特徴とする変圧器鉄心の製造装置。 - 請求項1又は2のいずれか記載の製造装置において、
前記切断成形部は、エアー噴出口を設けたトレイを備えたことを特徴とする変圧器鉄心の製造装置。
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