JPH0562839A

JPH0562839A - 変圧器積鉄心

Info

Publication number: JPH0562839A
Application number: JP3220842A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Horiuchi; 三義堀内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1991-09-02
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【構成】３％方向性けい素鋼板５からなる鉄心を積厚
方向中央部に設置し、その両側に６．５％けい素鋼板６
からなる鉄心を配置して組合わせ鉄心４とすると共に、
脚部７における６．５％けい素鋼板の鉄心の断面積比率
を、継鉄部８における６．５％けい素鋼板の鉄心の断面
積比率より大きく構成する。【効果】５０Ｈｚや６０Ｈｚの基本波成分を方向性け
い素鋼板５で大部分を受けもち、高調波成分を６．５％
けい素鋼板６で受けもつ鉄心構成となり、更に脚部７に
おける高調波の漏れ磁束による主磁束の高調波成分の割
合が少なくなり継鉄部８と脚部７の磁束波形のアンバラ
ンスが解消することによって、騒音を大幅に低減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低損失で低騒音特性を有
するインバータ電源用変圧器、整流器用変圧器などに用
いられる変圧器積鉄心に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のエレクトロニクス技術の進歩によ
り、インバータ電源を用いた機器、たとえばＵＰＳ電源
などの使用が大幅に増加している。

【０００３】この種のインバータ電源用変圧器は一般に
基本波成分が５０〜６０Ｈｚであるが、スイッチング素
子によって数ｋＨｚ〜１０数ｋＨｚの高調波を含有する
ため、機器の騒音が問題となっている。従来、インバー
タ電源用変圧器は図６に示したように方向性けい素鋼板
を４５°に切断して継鉄部と脚部を接合し、各脚にコイ
ル３を巻回して構成していた。しかしながら方向性けい
素鋼板を用いた積鉄心変圧器は方向性けい素鋼板の磁気
ひずみが使用磁束密度領域で約２×１０^-6と大きく、イ
ンバータのスイッチング周波数による高調波によって騒
音が大きくなる問題があった。特に、最近ではＵＰＳ電
源などは室内に設置する傾向がにあるため、ますます騒
音低減か要望されるようになってきた。

【０００４】一方、変圧器などの誘導機器の用いられる
鉄心に、従来からの３％方向性けい素鋼板に代わり、磁
気ひずみが小さく優れた特性を有する６．５％けい素鋼
板を用いることが検討されている。この６．５％けい素
鋼板は磁気ひずみがほぼ零で鉄損も少なくなることが古
くから知られていたが、けい素の含有量が増すにつれて
脆くなるために、圧延による製造が困難とされていた。
しかし最近になって脆性材料の圧延技術の向上やＣＶＤ
法（化学気相蒸着法）の進歩により、この種６．５％け
い素鋼板が開発され実用化されるようになってきた。
６．５％けい素鋼板は磁気ひずみが０．２×１０^-6程度
であるため、変圧器の騒音低減に有利な材料である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、６．５
％けい素鋼板は高磁束密度領域のＢ−Ｈ特性が悪いため
に商用周波数で用いる機器では励磁電流が増大する欠点
がある。また、焼鈍温度を低くして６．５％けい素鋼板
を製造することにより、高磁束密度領域でのＢ−Ｈ特性
を改善したものもあるが、この場合には鉄損が増大する
問題がある。このため、商用周波数の変圧器では６．５
％けい素鋼板を用いても、従来のけい素を３％含有する
方向性けい素鋼板より磁束密度を下げて設計する必要が
あり、機器の小形・軽量化のネックとなっていた。

【０００６】一方、高調波負荷時における鉄心継鉄部と
脚部のひずみ率を比較すると、脚部の方が大きいのが通
常である。発明者の実験によれば、脚部の方が約５％大
きい結果を得た。この原因はコイル３に流れる負荷電流
がひずみ波となり、高調波を含有する漏れ磁束が生じて
鉄心脚部の主磁束に高調波成分が含まれるようになるた
めと考えられる。このため鉄心継鉄部と脚部に磁束波形
のひずみ率にアンバランスが生じ、これが騒音のより一
層の増大を招いていた。

【０００７】本発明は上述の問題点を解決するためにな
されたもので、磁気特性を低下させることなく低騒音に
構成できるインバータ電源用などに適した変圧器積鉄心
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の変圧器積鉄心
は、３％方向性けい素鋼板からなる鉄心を積厚方向中央
部に設置し、その両側に例えば６．５％けい素鋼板のよ
うな低磁歪材料からなる鉄心を配置した組合わせ鉄心と
すると共に、脚部における低磁歪材料の鉄心の断面積比
率を、継鉄部における低磁歪材料の鉄心の断面積比率よ
り大きく構成したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】このような積鉄心を例えばインバータ電源用変
圧器などに適用した場合、基本波成分である５０Ｈｚや
６０Ｈｚの磁束成分はこの周波数域で透磁率の高い方向
性けい素鋼板に多くが流れ、スイッチングによる２〜１
０ｋＨｚの高調波成分については、この周波数域で透磁
率の高い６．５％けい素鋼板に多くが流れることにな
る。図３および図４に低磁歪磁性材料として６．５％け
い素鋼板を用いた鉄心の鉄損および励磁容量の特性比較
を示す。

【００１０】この図より明らかなように周波数が５０Ｈ
ｚでは鉄損，励磁容量とも６．５％けい素鋼板鉄心の方
が悪く、特に励磁容量は磁束密度が１．０Ｔを超える領
域より急激に悪化している。しかし、周波数の増大に伴
ってその特性差は小さくなり、４００Ｈｚで、ほぼ両鉄
心が同じ特性となり、さらに高周波になると６．５％け
い素鋼板の方が鉄損，励磁容量とも良好な特性を示して
いる。これは６．５％けい素鋼板の固有抵抗が方向性け
い素鋼板より大きいことから、高周波になるとうず電流
損が減少し、透磁率も大きくなるためである。なお、両
鉄心の組合わせ特性では、ほぼ各鉄心特性の平均的な特
性を示している。

【００１１】一方、騒音特性は図５に示すように６．５
％けい素鋼板鉄心の方が方向性けい素鋼板より全周波数
領域で低減しており、かつ周波数の増大に伴なって両鉄
心の騒音値はより大きな差となっている。

【００１２】すなわち、例えばインバータ電源用変圧器
では、５０Ｈｚや６０Ｈｚの基本波に数ｋＨｚの高調波
を含有した磁束波形であるから、基本波成分を方向性け
い素鋼板で大部分を受けもたせ、高調波成分を６．５％
けい素鋼板のような低磁歪磁性材料で受けもたせる鉄心
構成とし、更に脚部における低磁歪材料の鉄心の断面積
比率を、継鉄部における低磁歪材料の鉄心の断面積比率
より大きく構成したことにより、高調波の漏れ磁束によ
る脚部の主磁束の高調波成分の割合が少なくなって、磁
気特性の悪化を抑えて騒音を大幅に低減することが可能
となる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１および図２を参照し
て説明する。

【００１４】図において、方向性けい素鋼板５を４５°
切断して積層した額縁状の鉄心はその積層方向の中央部
に配置し、その両側に低磁歪磁性材料である６．５％け
い素鋼板６を前記方向性けい素鋼板５と同様に切断，積
層した鉄心を一体として組合わせ鉄心４を構成する。こ
の場合、組合わせ鉄心４の継鉄部８において両側に配置
した６．５％けい素鋼板６の鉄心は継鉄部８の全断面積
の３０％とし、脚部７における６．５％けい素鋼板６の
鉄心は脚部７の全断面積の３５〜４５％としている。す
なわち、脚部７における６．５％けい素鋼板６の鉄心の
断面積比率を、継鉄部８における６．５％けい素鋼板６
の鉄心の断面積比率よりも５〜１５％大きくしたもので
あり、この５〜１５％の部分は継鉄部８に方向性けい素
鋼板５を、脚部７に６．５％けい素鋼板６を用いて突合
わせて構成している。なお、図２に示すように上記の組
合わせ鉄心４の脚部７にコイル３を挿入し装着して変圧
器１０が構成される。

【００１５】このような構成の変圧器積鉄心では、組合
わせ鉄心４の全断面積に対して方向性けい素鋼板５を半
分以上の割合（５５〜６５％）で使用しているため、
６．５％けい素鋼板６の欠点である商用周波数における
高磁束密度領域でのＢ−Ｈ特性の悪化を改善することが
でき、しかも鉄損も６．５％けい素鋼板単独の鉄心より
良くなる。これは組合わせ鉄心４とすることによって、
商用周波数域で透磁率の高い方向性けい素鋼板５に磁束
の大部分が流れるためである。

【００１６】また、インバータのスイッチング周波数に
よる高調波成分（約２〜５ｋＨｚ）については、高調波
域で透磁率の高い６．５％けい素鋼板６に磁束成分の大
部分が流れることになり、インバータ電源用変圧器とし
て優れた磁気特性を示す。

【００１７】騒音については特に高周波による騒音増大
が問題となるが、６．５％けい素鋼板６の磁気歪は０．
２×１０^-6程度であり、方向性けい素鋼板５の約２×１
０^-6に対して、１／１０程度と非常に小さいため、騒音
低減効果がある。

【００１８】一方、脚部７における６．５％けい素鋼板
６の断面積比率を継鉄部８のそれより５〜１５％大きく
して構成しているため、脚部７では高調波の漏れ磁束に
よる主磁束の高調波成分の割合が少なくなる。言い換え
れば、脚部７における磁束波形のひずみ率が小となり、
継鉄部８と脚部７の磁束波形のひずみ率のアンバランス
が解消されて騒音をより一層低減できる。

【００１９】尚、継鉄部８と脚部７における６．５％け
い素鋼板６の断面積比率の差（５〜１５％）は、磁束波
形のひずみ率および両鉄心材料のＢ−Ｈ特性の差から選
定したものである。

【００２０】上記実施例では、６．５％けい素鋼板６の
積鉄心を、方向性けい素鋼板５の積鉄心の両側に設置し
ているが、これは騒音発生の放射面の大きい鉄心積層方
向両側に磁気ひずみの小さい６．５％けい素鋼板６の鉄
心を配置することにより、騒音低減効果をより大きく得
るためである

【００２１】また、本鉄心構成はインバータ電源用に限
らず、整流器用変圧器など、基本波（５０Ｈｚまたは６
０Ｈｚ）に高調波の重畳する機器に有効であることは勿
論である。また、本実施例では単相変圧器で説明したが
三相変圧器でもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による変圧
器積鉄心によれば、方向性けい素鋼板と６．５％けい素
鋼板の組合わせ鉄心とすると共に脚部における６．５％
けい素鋼板の断面積比率を継鉄部のそれより５〜１５％
大きく構成したことにより、磁気特性を悪化させること
なく、騒音を大幅に低減できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による変圧器積鉄心の組立斜視図。

【図２】本発明による変圧器積鉄心を用いた変圧器の概
略組立斜視図。

【図３】６．５％けい素鋼板および方向性けい素鋼板を
用いた鉄心の鉄損特性比較を示す説明図。

【図４】６．５％けい素鋼板および方向性けい素鋼板を
用いた鉄心の励磁容量特性比較を示す説明図。

【図５】６．５％けい素鋼板および方向性けい素鋼板を
用いた鉄心の騒音特性比較を示す説明図。

【図６】従来のインバータ電源用変圧器を示す説明図。

【符号の説明】

４は組合わせ鉄心、５は方向性けい素鋼板、６は低磁歪
材料（６．５％けい素鋼板）、７は脚部、８は継鉄部で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】方向性けい素鋼板を積層してなる鉄心
を積厚方向中央部に配置し、その両側に該方向性けい素
鋼板より低磁歪の材料を積層してなる鉄心を配置して両
鉄心を一体に構成すると共に、脚部における低磁歪材料
の鉄心の断面積比率を継鉄部における低磁歪材料の鉄心
の断面積比率より大きく構成したことを特徴とする変圧
器積鉄心。