JP6483322B2 - アモルファス変圧器及びそれに用いる積鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、アモルファス合金薄帯で構成されたアモルファス変圧器用積鉄心の構造に関する。

大容量向け変圧器では方向性けい素鋼板で構成された積鉄心を使用するのが一般的であるが、省エネルギーに対するニーズの高まりを背景に、方向性けい素鋼板と比べて無負荷損が非常に低いアモルファス合金薄帯で構成された積鉄心の変圧器が求められている。

一方、アモルファス合金薄帯は約２５μｍと非常に薄い薄帯であるため、アモルファス合金薄帯で構成するアモルファス変圧器用積鉄心の製作上の課題として、材料自体の強度不足による取り扱い性の低下、積層後の鉄心起立時に必要な鉄心強度の不足、積層枚数増加による積層作業の長期化、積層と突合せの精度管理などがあり、積層作業および作業時の取り扱い性などに製作上の課題があった。

本技術分野の背景技術として、特開平１１−１８６０８２号公報（特許文献１）がある。特許文献１は、作業能率を向上させたアモルファス積鉄心の製造方法を提案することを目的に、短冊状のアモルファス磁性合金箔からなるアモルファスリボンを複数枚重ね合わせたものを単位重合体として、該単位重合体を積層することにより脚部及び継鉄部を形成してアモルファス積鉄心を製造する方法において、前記単位重合体を構成するアモルファスリボンの数と同数のアモルファス磁性合金箔のストリップを重ね合わせたものからなるストリップ重合体を所定の長さに切断することにより前記単位重合体を形成する単位重合体形成工程を行ない、前記単位重合体形成工程で順次形成される単位重合体を位置をずらして段積みすることにより単位重合体の積層ブロックを形成し、前記積層ブロックを構成している単位重合体を上から順に取って作業台上に積層することにより前記脚部及び継鉄部を形成することが開示されている。

特開平１１−１８６０８２号公報

特許文献１では、短冊状のアモルファス磁性合金箔からなるアモルファスリボンを複数枚重ね合わせたものを単位重合体として、アモルファスリボンの重合体を複数重ねることにより前記単位重合体を形成する単位重合体形成工程を行った後、形成された単位重合体を構成するアモルファス磁性合金箔を一体化する一体化処理を行なう点が記載されている。これにより、単位重合体を取り扱う際にアモルファスリボンの位置がずれることがないため、アモルファスリボンの位置を修正する作業を不要にして作業能率を向上させることができるが、鉄心強度について考慮されていない。

本発明の目的は、特に大容量向けアモルファス変圧器に用いられる積鉄心の製作時の取り扱い性向上と共に鉄心強度を向上させた積鉄心及びそれを用いたアモルファス変圧器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、その一例を挙げるならば、アモルファス変圧器用積鉄心であって、複数枚のアモルファス合金薄帯を積層して構成した２つ以上の積層体でけい素鋼板を挟み込み、コーティング剤により接着固定された積層ブロックで構成される積鉄心とする。

本発明によれば、積鉄心の製作時の取り扱い性向上と共に鉄心強度を向上させた積鉄心及びそれを用いたアモルファス変圧器を提供することができる。

実施例１におけるアモルファス積鉄心の構造図である。 実施例２におけるアモルファス積鉄心の脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの平面図である。 実施例３におけるアモルファス積鉄心の脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの斜視図である。 実施例４におけるアモルファス積鉄心の脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本実施例は、アモルファス変圧器に用いられる積鉄心を、複数枚のアモルファス合金薄帯を積層して構成した２つ以上の積層体でけい素鋼板を挟み込み、コーティング剤などにより接着固定された積層ブロックで構成するものである。以下本実施例を図１を用いて説明する。

図１は、本実施例における、３脚のアモルファス積鉄心の構造例である。図１において、（Ａ）はアモルファス積鉄心１０５を示しており、アモルファス材であるアモルファス合金薄帯を積層した積層体１０１でけい素鋼板１０４を挟み込んだ積層ブロックである、脚部積層ブロック１０２と継鉄部積層ブロック１０３が複数組み合わされて構成されている。（Ｂ）は、アモルファス積鉄心１０５の脚部積層ブロック１０２を示しており、（Ｃ）は、アモルファス積鉄心１０５の継鉄部積層ブロック１０３を示している。

図１（Ｂ）において、脚部積層ブロック１０２は、２つの積層体１０１と１枚のけい素鋼板１０４で構成され、積層体１０１は所定の寸法に切断した長方形のアモルファス合金薄帯（図示せず）を積層した短冊形の形状で構成されている。すなわち、２つの積層体１０１が重なり合う部分にけい素鋼板１０４を配置し、２つの積層体１０１でけい素鋼板１０４を挟み込み、コーティング剤（図示せず）などにより接着固定されて脚部積層ブロック１０２が構成されている。

また、図１（Ｃ）において、継鉄部積層ブロック１０３は、３つの積層体１０１と１枚のけい素鋼板１０４で構成され、積層体１０１は所定の寸法に切断したアモルファス合金薄帯（図示せず）を積層した短冊形の形状で構成されている。すなわち、２つ以上の積層体１０１でけい素鋼板１０４を挟み込み、コーティング剤（図示せず）などにより接着固定されて継鉄部積層ブロック１０３が構成されている。

このように、脚部積層ブロック１０２及び継鉄部積層ブロック１０３の積層体１０１間にけい素鋼板１０４を配置することで、脚部積層ブロック１０２及び継鉄部積層ブロック１０３の強度を向上させている。また、コーティング剤１０６の塗布で接着部材として機能し接着固定することで脚部積層ブロック１０２及び継鉄部積層ブロック１０３を一体化する。これにより、さらに強度を向上させている。なお、接着固定することで静音性の向上も期待できる。

なお、けい素鋼板１０４の代わりとしてプレスボードなどの強度を有する薄板の絶縁物を使用してもよい。また、けい素鋼板は電磁鋼板とも呼ばれているが、特定の方向に磁化するように磁気特性を偏らせ特定方向の透磁率を高めた方向性電磁鋼板を用いて、アモルファス合金薄帯の積層方向とは異なる方向に配向された方向性電磁鋼板を配置するようにしてもよい。

また、脚部積層ブロック１０２及び継鉄部積層ブロック１０３のコーティング剤１０６の塗布領域は、脚部積層ブロック１０２と継鉄部積層ブロック１０３との積み重ね部分を除く範囲の積層面とすることで、積層作業時に接着固定による影響を受けないようにすることが可能となる。

なお、積鉄心にけい素鋼板１０４が含まれたことよる特性低下は、脚部積層ブロック１０２及び継鉄部積層ブロック１０３を構成するアモルファス合金薄帯の積層体１０１の構成枚数を多くすることにより抑えることが可能である。

また、本実施例では、図１（Ａ）に示すように、図１（Ｂ）に示した脚部積層ブロック１０２の１種類と図１（Ｃ）に示した継鉄部積層ブロック１０３の１種類の計２種類でアモルファス積鉄心１０５を構成でき、積層作業時に必要とする部材が少なく、積層作業を簡素化することが可能である。

以上のように、本実施例は、アモルファス変圧器用積鉄心であって、複数枚のアモルファス合金薄帯を積層して構成した２つ以上の積層体でけい素鋼板を挟み込み、コーティング剤により接着固定された積層ブロックで構成される構成とする。

また、複数のアモルファス材を積層して積層体とし、複数の該積層体の間にけい素鋼板を挟み、アモルファス材の積層体とけい素鋼板とが幅方向の端面において接着されて積層ブロックを構成し、積層ブロックが複数組み合わされて構成された積鉄心及びこれを備えたアモルファス変圧器とする。

これにより、アモルファス合金薄帯の積層体とけい素鋼板を含み一体化された積層ブロックによって積鉄心を構成することで、鉄心強度の向上、積層作業の工数低減、取り扱い性の向上、積層と突合せにおける精度管理が可能となる。

本実施例は、脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの接着固定および積層枚数の追加条件について説明する。

図２は、本実施例における脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの平面図である。図２において、（Ａ）は脚部積層ブロック１０２の構成、（Ｂ）は継鉄部積層ブロック１０３の構成を示している。

図２（Ａ）において、右側には脚部積層ブロック１０２の磁路方向（図１（Ｂ）参照）に垂直な積層体１０１の断面方向から見た平面図、左側には脚部積層ブロック１０２の幅方向（図１（Ｂ）参照）に垂直な方向から見た平面図を示す。

図２（Ａ）に示すように、脚部積層ブロック１０２では、アモルファス合金薄帯１０７の積層体１０１とけい素鋼板１０４の積層間、および幅方向の端面である積層面を接着固定範囲とする。すなわち、積層体１０１とけい素鋼板１０４の積層間、および積層面にコーティング剤１０６を塗布することで接着層として機能し脚部積層ブロックを接着固定する。

また、図２（Ｂ）において、同様に、右側には継鉄部積層ブロック１０３の磁路方向（図１（Ｃ）参照）に垂直な積層体１０１の断面方向から見た平面図、左側には継鉄部積層ブロック１０３の幅方向（図１（Ｃ）参照）に垂直な方向から見た平面図を示す。

図２（Ｂ）に示すように、継鉄部積層ブロック１０３ではアモルファス合金薄帯１０７の積層体１０１とけい素鋼板１０４の積層間を接着固定せずに、幅方向の端面である積層面のみを接着固定範囲とする。すなわち、積層面のみにコーティング剤１０６を塗布し、接着層として機能して継鉄部積層ブロックを接着固定する。加えて、継鉄部積層ブロック１０３を構成するアモルファス合金薄帯１０７の積層体１０１の積層枚数を、脚部で施した積層間のコーティング剤１０６の厚さの分だけアモルファス合金薄帯１０７の枚数を増やした構造とする。

鉄心脚部は短絡時に巻線変形から伝達される機械力の影響を受けるため強度を高める必要がある。鉄心の外部に固定治具を取り付けて強度を高める方法は、鉄心脚部においてはコイル寸法および変圧器中身寸法の増大に繋がるため、積層間にコーティング剤１０６を塗布することで鉄心自体の強度を高める。一方、鉄心継鉄部においては、鉄心脚部のコーティング剤による積厚増大に合わせて、鉄心継鉄部のアモルファス合金薄帯１０７の構成枚数を多くすることにより、低磁束密度化させて特性向上も実現が可能となる。

以上のように、本実施例は、アモルファス変圧器用積鉄心であって、複数枚のアモルファス合金薄帯を積層して構成した２つ以上の積層体でけい素鋼板を挟み込み、コーティング剤により接着固定された積層ブロックで構成される構成とし、コーティング剤により接着固定される範囲を、積鉄心の脚部の積層ブロックでは積層体とけい素鋼板の積層間および積層ブロックの幅方向の端面である積層面とし、積鉄心の継鉄部の積層ブロックでは積層間を接着固定せずに積層面を接着固定し、脚部の積層ブロックの積層間の接着層の厚さ分だけ継鉄部の積層ブロックの積層するアモルファス合金薄帯の枚数を増やし、継鉄部の鉄心を構成するアモルファス合金薄帯の枚数が脚部の鉄心より多いように構成する。

また、複数のアモルファス材を積層して積層体とし、複数の該積層体の間にけい素鋼板を挟み、アモルファス材の積層体とけい素鋼板とが幅方向の端面において接着されて積層ブロックを構成し、積層ブロックが複数組み合わされて構成された積鉄心及びこれを備えたアモルファス変圧器とする。

これにより、脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの接着固定は、少なくとも、幅方向の端面である積層面を接着固定することで、鉄心強度の向上、積層作業の工数低減、取り扱い性の向上、積層と突合せにおける精度管理が可能となる。また、必要に応じ、積層体とけい素鋼板の積層間を接着固定することでさらに鉄心強度の向上を図ることができる。

本実施例は、脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの積層体及びけい素鋼板の接合端の形状について説明する。

図３は、本実施例におけるアモルファス積鉄心の脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの斜視図である。図３において、（Ａ）は脚部積層ブロックの構成、（Ｂ）は継鉄部積層ブロックの構成を示している。

図３（Ａ）において、図１（Ｂ）と異なる点は、けい素鋼板の接合端の形状が異なる点である。すなわち、アモルファス合金薄帯１０７の積層体１０１が短冊形状であるのに対し、けい素鋼板が４５度の形状を成す額縁形状である１０４−１を有する点である。

図３（Ａ）に示したように、脚部積層ブロック１０２は１０２−１、１０２、１０２−２の３種類を有し、１０２−１と１０２−２は、接合端の形状が額縁形状であるけい素鋼板１０４−１を有する脚部積層ブロックである。一方、１０２は図１（Ｂ）と同様の、けい素鋼板が積層体１０１で挟まれる部分のみに配置されており短冊形状である。脚部積層ブロック１０２は、図１（Ａ）のアモルファス積鉄心１０５の中心脚に配置され、脚部積層ブロック１０２−１と１０２−２は、アモルファス積鉄心１０５の角部を形成する周辺脚に配置される。

また、図３（Ｂ）において、図１（Ｃ）と異なる点は、けい素鋼板の接合端の形状が４５度の形状を成す額縁形状である１０４−２を有する継鉄部積層ブロック１０３−１である点である。

以上のように、本実施例によれば、積層体１０１を短冊形状、けい素鋼板１０４を額縁形状とすることで、脚部積層ブロックと継鉄部積層ブロックをスライドさせて組めることで位置調整が不要となるという利点がある。また、けい素鋼板１０４−１、１０４−２の接合端が４５度となるため、けい素鋼板を通過する磁路の直線経路が長くなり、特性が向上するという利点もある。

本実施例は、脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの積層体及びけい素鋼板の接合端の他の形状について説明する。

図４は、本実施例におけるアモルファス積鉄心の脚部積層ブロック及び継鉄部積層ブロックの斜視図である。図４において、（Ａ）は脚部積層ブロックの構成、（Ｂ）は継鉄部積層ブロックの構成を示している。

図４（Ａ）において、図１（Ｂ）と異なる点は、積層体の接合端の形状が異なる点である。すなわち、積層体が４５度の形状を成す額縁形状である１０１−１を有する点である。

図４（Ａ）に示したように、脚部積層ブロックは１０２、１０２−３の２種類を有し、１０２−３は、接合端の形状が額縁形状である積層体１０１−１と、短冊形状であるけい素鋼板１０４−３を有する脚部積層ブロックである。けい素鋼板１０４−３は、積層体１０１−１に挟まれ、内部に隠れる形で短冊形状としている。一方、１０２は図１（Ｂ）と同様の、けい素鋼板が積層体１０１で挟まれる部分のみに配置され短冊形状である。脚部積層ブロック１０２は、図１（Ａ）のアモルファス積鉄心１０５の中心脚に配置され、脚部積層ブロック１０２−３は、アモルファス積鉄心１０５の角部を形成する周辺脚に配置される。

また、図４（Ｂ）において、図１（Ｃ）と異なる点は、積層体が接合端の形状が４５度の形状を成す額縁形状である１０１−２と、けい素鋼板が短冊形状であり積層体１０１−２の接合端から飛び出している１０４−４を有する継鉄部積層ブロック１０３−２である点である。

以上のように、積層体を額縁形状、けい素鋼板を短冊形状とし、けい素鋼板が積層体の接合端から飛び出している構成とすることで、脚部積層ブロック１０２、１０２−３を並べた後に継鉄部積層ブロック１０３−２を積層面側から挿し込む際に、継鉄部積層ブロック１０３−２のけい素鋼板１０４−４が接合端から飛び出しているため、けい素鋼板１０４−４の部分が挿し作業を補助するガイドの役割を果たし、挿し位置の調整がし易く、作業性の向上が可能となる。

また、アモルファス合金薄帯１０７の積層体１０１−１、１０１−２の接合端が４５度となるため、積層体を通過する磁路の直線経路が長くなり、特性が向上するという利点もある。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、実施例３、４で積層体、もしくは、けい素鋼板の何れか一方のみがその接合端で額縁形状であるとして説明したが、積層体、および、けい素鋼板の接合端の形状が、短冊形状または額縁形状の組み合わせで構成されていても良い。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。例えば、各実施例において、けい素鋼板の代わりにプレスボードなどの強度を有する薄板の絶縁物を使用してもよい。

１０１：積層体、１０２、１０２−１、１０２−２、１０２−３：脚部積層ブロック、１０３、１０３−１、１０３−２：継鉄部積層ブロック、１０４、１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−４：けい素鋼板、１０５：アモルファス積鉄心、１０６：コーティング剤、１０７：アモルファス合金薄帯

Claims (6)

1. アモルファス変圧器用の積鉄心であって、
   複数枚のアモルファス合金薄帯を積層して構成した２つ以上の積層体でけい素鋼板を挟み込み、コーティング剤により接着固定された積層ブロックで構成され、
   前記コーティング剤により接着固定される範囲を、前記積鉄心の脚部の積層ブロックでは前記積層体とけい素鋼板の積層間および積層ブロックの幅方向の端面である積層面とし、前記積鉄心の継鉄部の積層ブロックでは前記積層間を接着固定せずに前記積層面を接着固定し、
   前記脚部の積層ブロックの積層間の接着層の厚さ分だけ前記継鉄部の積層ブロックの積層するアモルファス合金薄帯の枚数を増やし、前記継鉄部の鉄心を構成するアモルファス合金薄帯の枚数が前記脚部の鉄心より多いことを特徴とする積鉄心。
2. 請求項１に記載の積鉄心であって、
   前記積層ブロックを構成するアモルファス合金薄帯の積層体およびけい素鋼板の接合端の形状が、短冊形状と額縁形状の組み合わせで構成されることを特徴とする積鉄心。
3. 請求項２に記載の積鉄心であって、
   前記積層ブロックを構成するアモルファス合金薄帯の積層体の接合端の形状が額縁形状であり、前記けい素鋼板の接合端の形状が短冊形状であり、かつ前記積鉄心の継鉄部の積層ブロックを構成するけい素鋼板が前記積層体の接合端から飛び出していることを特徴とする積鉄心。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の積鉄心であって、
   前記積層ブロックは、前記けい素鋼板に代えてプレスボードで構成されていることを特徴とする積鉄心。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の積鉄心を備えたことを特徴とするアモルファス変圧器。
6. 複数の積層ブロックからなる積鉄心を有するアモルファス変圧器であって、
   前記積層ブロックは、複数のアモルファス合金薄帯が積層されることにより構成された第一の積層体と第二の積層体とを有し、
   前記第一の積層体と前記第二の積層体との間には、前記アモルファス合金薄帯の積層方向とは異なる方向に配向された方向性電磁鋼板が配置され、
   コーティング剤により接着固定された積層ブロックで構成され、
   前記コーティング剤により接着固定される範囲を、前記積鉄心の脚部の積層ブロックでは前記第一の積層体及び前記第二の積層体と前記方向性電磁鋼板の積層間および積層ブロックの幅方向の端面である積層面とし、前記積鉄心の継鉄部の積層ブロックでは前記積層間を接着固定せずに前記積層面を接着固定し、
   前記脚部の積層ブロックの積層間の接着層の厚さ分だけ前記継鉄部の積層ブロックの積層するアモルファス合金薄帯の枚数を増やし、前記継鉄部の鉄心を構成するアモルファス合金薄帯の枚数が前記脚部の鉄心より多いことを特徴とするアモルファス変圧器。

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