JP2006179727A

JP2006179727A - 変圧器

Info

Publication number: JP2006179727A
Application number: JP2004372408A
Authority: JP
Inventors: Hidemasa Yamaguchi; 英正山口; Toru Honma; 徹本間; Hiroyuki Endo; 博之遠藤; Makoto Shinohara; 誠篠原
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】
変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善や製作作業性の改善などが可能な技術の提供。
【解決手段】
鉄心のうちの全部のものまたは一部のものを、板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数層積層された第１の層群と、板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層または該第２の層が複数層積層された第２の層群とが交互に積層されて成る構成とする。また、上記第１の層群から成る第１の鉄心と、上記第２の層群から成る第２の鉄心との両方を備えた構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、変圧器の構成に係り、特に、鉄心の構成に関する。

本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００２−８３７１６号公報（特許文献１）や特開平６−８４６５６号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開２００２−８３７１６号公報には、非晶質合金（アモルファス）薄帯を用いた変圧器鉄心において、鉄心厚さの増大を抑え、作業性を改善するために、巻鉄心の内側層の複数ブロックはバットステップラップ方式（突き合わせ方式）の接合部を備え、巻鉄心の外側層の複数ブロックはオーバーラップ方式（重ね合わせ方式）による接合部を備える構成とする技術が記載され、特開平６−８４６５６号公報には、非晶質鋼の変圧器の鉄心で、損失の少ない継目とするために、全ての接合部を重ね合わせ方式による構成とした技術が記載されている。

特開２００２−８３７１６号公報特開平６−８４６５６号公報

上記従来技術では、変圧器において、鉄心内の磁束分布の改善、鉄心の有効断面積の確保及び鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現しようとした場合、一層の構造的工夫が望まれる。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内の磁束分布の改善及び製作作業性の改善とを併せて実現できるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、性能、製作性の両面で優れた変圧器を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、変圧器の鉄心のうちの全部のものまたは一部のものを、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数層積層された第１の層群と、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層または該第２の層が複数層積層された第２の層群とが交互に積層されて成る構成とする。また、変圧器の鉄心として、上記第１の層群から成る鉄心と、上記第２の層群から成る鉄心との両方を備えた構成とする。

本発明によれば、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善及び鉄心の製作作業性の改善とを併せて実現することが可能となる。

以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１〜図２は、本発明の第１の実施例の説明図である。図１は、本発明の第１の実施例としての変圧器の構成例図、図２は、図１の変圧器の鉄損特性例図である。図１（ａ）は変圧器の側面図、図１（ｂ）は鉄心の接合部の拡大断面図である。本第１の実施例は２脚型単相変圧器の場合である。

図１（ａ）において、１００は変圧器、２は、変圧器磁気回路を形成するための鉄心、３ａ、３ｂは励磁用のコイルである。鉄心２は、例えば、厚さ０．０２×１０^−３ｍ〜０．０３×１０^−３ｍ程度のアモルファスの薄板材（薄帯材）が数十枚重ねられて成る複合構造の０．２×１０^−３ｍ〜０．６×１０^−３ｍ程度の板状磁性材が複数層積層され環状に成形されて成る。該複数層に積層される板状磁性材のうちの一部のものは、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、また他のものは、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。

図１（ｂ）は、図１（ａ）における鉄心２の接合部イの拡大断面構造を示す。図１（ｂ）において、板状磁性材ａ_２〜ａ_６はそれぞれ、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、板状磁性材ａ_２〜ａ_６は全体として第１の層群（ブロック）を形成している。また、板状磁性材ａ_１、ａ_７は、それぞれが、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。本積層構成では、第１の層を形成する板状磁性材ａ_１が、環状の鉄心２の最内周側を構成し、板状磁性材ａ_７が、環状の鉄心２の最外周側を構成し、第１の層群（ブロック）を形成する板状磁性材ａ_２〜ａ_６は、上記第１の層を形成する板状磁性材ａ_１と板状磁性材ａ_７との間に配されている。すなわち、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層されている。

図２は、図１の変圧器１００における鉄心の鉄損特性の実測結果例を示す。図２の鉄損特性において、横軸は鉄心中の平均磁束密度、縦軸は鉄損である。図２中、Ａは、図１の鉄心２すなわち第１の層（板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層）が複数層積層された第１の層群（ブロック）と第２の層（板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた層）とが交互に積層されて成る鉄心の鉄損特性、Ｂは、第２の層が複数層積層された第２の層群から成る従来の鉄心の鉄損特性である。図１の第１の実施例における鉄心２は、板状磁性材の接合部イが図１（ｂ）の構成を有し、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層されて成る構成のため、上記第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、鉄心２内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化される。このため、変圧器磁気回路の有効断面積が増大して磁気抵抗が低減し、磁束量が増大して磁束密度が増大する。従って、鉄心２の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少する。図２の実測結果によると、鉄心２の該ヒステリシス損を含めた鉄損は、従来の場合に比べ約１０％減少する。鉄損の減少は変圧器効率を向上させる。また、第２の層の接合部構成は、該接合部を形成し易いため、鉄心の製作作業性を向上させる。

上記本発明の第１の実施例によれば、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することができる。

なお、上記第１の実施例では、鉄心２が、例えば、厚さ０．０２×１０^−３ｍ〜０．０３×１０^−３ｍ程度のアモルファスの薄板材（薄帯材）が数十枚重ねられて成る複合構造の０．２×１０^−３ｍ〜０．６×１０^−３ｍ程度の板状磁性材が複数層積層され環状に成形されて成るものとしたが、以下の実施例においても、各鉄心はこれと同じ基本構成を有するものとする。

図３〜図４は、本発明の第２の実施例の説明図である。図３は本発明の第１の実施例としての変圧器の構成例図、図４は、図３の変圧器における鉄心の鉄損特性例図である。図３（ａ）は変圧器の側面図、（ｂ）、（ｃ）は鉄心の接合部の拡大断面図である。本第２の実施例は４個の鉄心と３個の励磁用コイルを備えて成る５脚型３相変圧器の場合である。

図３（ａ）において、１００は変圧器、１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂはそれぞれ、変圧器磁気回路を形成するための鉄心、３ａ、３ｂ、３ｃは励磁用の３相コイルである。各鉄心において、複数層に積層される板状磁性材のうちの一部のものは、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、また他のものは、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。４個の鉄心１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、互いに隣り合う３対の部分すなわち１ａ_２と２ａ_１、２ａ_２と２ｂ_１、２ｂ_２と１ｂ_１がそれぞれ、対応するコイル３ａ、３ｂ、３ｃを共用して励磁される（１ａ_２と２ａ_１はコイル３ａを共用し、２ａ_２と２ｂ_１はコイル３ｂを共用し、２ｂ_２と１ｂ_１はコイル３ｃを共用する）。

図３（ｂ）は、図３（ａ）における鉄心１ａ、１ｂの接合部イ、ニの拡大断面構造を示し、図３（ｃ）は、図３（ａ）における鉄心２ａ、２ｂの接合部ロ、ハの拡大断面構造を示す。図３（ｂ）において、板状磁性材ａ_２〜ａ_６はそれぞれ、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、板状磁性材ａ_２〜ａ_６は全体として第１の層群（ブロック）を形成している。また、板状磁性材ａ_１、ａ_７はそれぞれ、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。本積層構成では、第２の層を形成する板状磁性材ａ_１が、環状の鉄心２の最内周側を構成し、同じく第２の層を形成する板状磁性材ａ_７が、環状の鉄心２の最外周側を構成し、第１の層群（ブロック）を形成する板状磁性材ａ_２〜ａ_６は、上記第２の層を形成する板状磁性材ａ_１と板状磁性材ａ_７との間に配されている。すなわち、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層される。また、図３（ｃ）において、板状磁性材ｂ_２〜ｂ_６は、それぞれが、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、板状磁性材ｂ_２〜ｂ_６は全体として第１の層群（ブロック）を形成している。また、板状磁性材ｂ_１、ｂ_７はそれぞれ、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。本積層構成では、第２の層を形成する板状磁性材ｂ_１が、環状の鉄心２の最内周側を構成し、同じく第２の層を形成する板状磁性材ｂ_７が、環状の鉄心２の最外周側を構成し、第１の層群（ブロック）を形成する板状磁性材ｂ_２〜ｂ_６は、上記第２の層を形成する板状磁性材ｂ_１と板状磁性材ｂ_７との間に配されている。すなわち、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層されている。

本第２の実施例の変圧器においては、鉄心１ａ、１ｂはそれぞれ、板状磁性材ａ_１〜ａ_７の接合部イ、ニが図３（ｂ）の構成を有し、また、鉄心２ａ、２ｂはそれぞれ、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_７の接合部ロ、ハが図３（ｃ）の構成を有し、いずれの鉄心も、第１の層（板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層）が複数層積層された第１の層群（ブロック）と、第２の層（板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた層）とが交互に積層されて成る構成のため、上記第１の実施例の場合と同様、第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、各鉄心内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化されたものとなり、変圧器磁気回路の有効断面積が増大する。その結果、磁気抵抗が低減し、磁束量が増大して磁束密度が増大する。このため、各鉄心の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少する。

図４は、図３の変圧器１００における鉄心の鉄損特性の実測結果例を示す。図４中、Ａは、図３の鉄心１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂにおける鉄損特性、Ｂは、４個の全ての鉄心が第２の層群から構成される従来の鉄心の場合の鉄損特性である。本実測結果によると、図３の鉄心１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂにおけるヒステリシス損を含めた鉄損は、従来の場合に比べ、約３０〜３５％減少する。鉄損の減少は変圧器の効率を高める。また、第２の層の接合部構成は、該接合部を形成し易くし、鉄心の製作作業性を向上させる。

上記本発明の第２の実施例によれば、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することができる。

図５は、本発明の第３の実施例としての変圧器の構成例図である。図５（ａ）は変圧器の側面図、図５（ｂ）、図５（ｃ）は鉄心の接合部の拡大断面図である。本第３の実施例も、４個の鉄心と３個の励磁用コイルを備えて成る５脚型３相変圧器の場合であるが、４個のうち２個の鉄心を、板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る構成とし、他の２個の鉄心を、板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る構成としている点が特徴である。

図５（ａ）において、１ａ、１ｂはそれぞれ、第１の鉄心であって、板状磁性材ａ_１〜ａ_７の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る構成、２ａ、２ｂはそれぞれ、第２の鉄心であって、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る構成である。３ａ、３ｂ、３ｃは励磁用の３相コイルである。４個の鉄心１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂは、互いに隣り合う３対の部分、すなわち、１ａ_２と２ａ_１、２ａ_２と２ｂ_１、２ｂ_２と１ｂ_１がそれぞれ、コイル３ａ、３ｂ、３ｃのうちの対応するものを共用して励磁される（１ａ_２と２ａ_１はコイル３ａを共用し、２ａ_２と２ｂ_１はコイル３ｂを共用し、２ｂ_２と１ｂ_１はコイル３ｃを共用する）。

図５（ｂ）は、図５（ａ）における鉄心１ａ、１ｂの接合部イ、ニの拡大断面構造を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）における鉄心２ａ、２ｂの接合部ロ、ハの拡大断面構造を示す。図５（ｂ）において、板状磁性材ａ_１〜ａ_７はそれぞれ、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層を形成し、板状磁性材ａ_１〜ａ_７は全体として第１の層群を形成している。また、図５（ｃ）において、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８はそれぞれ、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層を形成し、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８は全体として第２の層群を形成している。

本第３の実施例の変圧器においては、鉄心１ａ、１ｂはそれぞれ、板状磁性材ａ_１〜ａ_７の接合部イ、ニが図５（ｂ）の構成を有しているため、上記各実施例の場合と同様、第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、各鉄心１ａ、１ｂ内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化されたものとなり、変圧器磁気回路の有効断面積が増大する。その結果、磁気抵抗が低減し、磁束密度が増大する。このため、各鉄心の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少し全体の鉄損が減少する。鉄損の減少は変圧器の効率を高める。また、鉄心２ａ、２ｂはそれぞれ、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８の接合部ロ、ハが、図５（ｂ）のように、第２の層の接合部構成を有しているため、該接合部を形成し易く、鉄心の製作作業性を向上させる。

上記本発明の第３の実施例によっても、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することができる。

図６は、本発明の第４の実施例としての変圧器の構成例図である。図６（ａ）は変圧器の側面図、図６（ｂ）、図６（ｃ）は鉄心の接合部の拡大断面図である。本第４の実施例は、４個の鉄心１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂのうち、内側の２個の鉄心２ａ、２ｂがそれぞれ第１の鉄心であって、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_７の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る構成、外側の２個の鉄心１ａ、１ｂがそれぞれ、第２の鉄心であって、板状磁性材ａ_１〜ａ_８の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る構成である。他の構成は、上記図５に示す第３の実施例の場合と同様である。

本第４の実施例の変圧器においては、鉄心２ａ、２ｂはそれぞれ、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_７の接合部ロ、ハが図６（ｃ）の構成を有しているため、上記各実施例の場合と同様、第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、各鉄心２ａ、２ｂ内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化されたものとなり、変圧器磁気回路の有効断面積が増大する。その結果、磁気抵抗が低減し、磁束量が増大して磁束密度が増大する。このため、各鉄心の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少し鉄損が減少する。鉄損の減少は変圧器の効率を高める。また、鉄心１ａ、１ｂはそれぞれ、板状磁性材ａ_１〜ａ_８の接合部イ、ニが、図６（ｂ）のように、第２の層の接合部構成を有しているため、該接合部を形成し易く、鉄心の製作作業性を向上させる。

上記本発明の第４の実施例によっても、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することができる。

図７は、本発明の第５の実施例としての変圧器の構成例図である。図７（ａ）は変圧器の側面図、図７（ｂ）、図７（ｃ）は鉄心の接合部の拡大断面図である。本第５の実施例は３個の鉄心と３個の励磁用コイルとを備えて成る３脚型３相変圧器の場合の例である。

図７（ａ）において、１００は変圧器、４、５ａ、５ｂはそれぞれ鉄心、３ａ、３ｂ、３ｃは励磁用の３相コイルである。２個の鉄心５ａ、５ｂは、１個の鉄心４の環状領域内に並んだ状態で配される。各鉄心４、５ａ、５ｂにおいて、複数層に積層される板状磁性材のうちの一部のものは、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、また他のものは、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。また、３個の鉄心４、５ａ、５ｂは、該鉄心４と鉄心５ａの互いに隣り合う１対の部分すなわち４ａ_１と５ａ_１が第１のコイル３ａを共用して励磁され、鉄心５ａ、５ｂの互いに隣り合う１対の部分すなわち５ａ_２と５ｂ_１が第２のコイル３ｂを共用して励磁され、鉄心５ｂと鉄心４の互いに隣り合う１対の部分すなわち５ｂ_２と４ａ_２が第３のコイル３ｃを共用して励磁される構成である。

図７（ｂ）は、図７（ａ）における鉄心５ａ、５ｂの接合部ホ、トの拡大断面構造を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）における鉄心４の接合部ヘの拡大断面構造を示す。図７（ｂ）において、板状磁性材ａ_２〜ａ_６は、それぞれが、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、板状磁性材ａ_２〜ａ_６は全体として第１の層群（ブロック）を形成している。また、板状磁性材ａ_１、ａ_７はそれぞれ、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。本積層構成では、第２の層を形成する板状磁性材ａ_１が、環状の鉄心５ａ、５ｂそれぞれの最内周側を構成し、同じく第２の層を形成する板状磁性材ａ_７が、環状の鉄心５ａ、５ｂそれぞれの最外周側を構成し、第１の層群（ブロック）を形成する板状磁性材ａ_２〜ａ_６は、上記第２の層を形成する板状磁性材ａ_１と板状磁性材ａ_７との間に配されている。すなわち、鉄心５ａ、５ｂにおいて、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層される。また、図７（ｃ）において、板状磁性材ｂ_２〜ｂ_６はそれぞれ、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層すなわち第１の層を形成し、板状磁性材ｂ_２〜ｂ_６は全体として第１の層群（ブロック）を形成している。また、板状磁性材ｂ_１、ｂ_７はそれぞれ、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた層すなわち第２の層を形成している。本積層構成では、第２の層を形成する板状磁性材ｂ_１が、環状の鉄心４の最内周側を構成し、同じく第２の層を形成する板状磁性材ｂ_７が、環状の鉄心４の最外周側を構成し、第１の層群（ブロック）を形成する板状磁性材ｂ_２〜ｂ_６は、上記第２の層を形成する板状磁性材ｂ_１と板状磁性材ｂ_７との間に配されている。すなわち、鉄心４においても、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層される。

本第５の実施例においては、鉄心５ａ、５ｂはそれぞれ、板状磁性材ａ_１〜ａ_７の接合部ホ、トが図７（ｂ）の構成を有し、また、鉄心４は、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_７の接合部ヘが図３（ｃ）の構成を有し、いずれの鉄心も、第１の層（板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた層）が複数積層された第１の層群（ブロック）と、第２の層（板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた層）とが交互に積層されて成る構成のため、上記第１の実施例の場合と同様、第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、各鉄心内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化されたものとなり、変圧器磁気回路の有効断面積が増大する。その結果、磁気抵抗が低減し、磁束量が増大して磁束密度が増大する。このため、各鉄心の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少し鉄損が減少する。鉄損の減少は変圧器の効率を高める。また、第２の層の接合部構成は、該接合部を形成し易くし、鉄心の製作作業性を向上させる。

上記本発明の第５の実施例によれば、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することが可能となる。

図８は、本発明の第６の実施例としての変圧器の構成例図である。図８（ａ）は変圧器の側面図、図８（ｂ）、図８（ｃ）はそれぞれ鉄心の接合部の拡大断面図である。本第６の実施例も、上記第５の実施例と同様、３個の鉄心と３個の励磁用コイルを備えて成る３脚型３相変圧器の場合であるが、３個のうち内側の２個の鉄心５ａ、５ｂを、板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る構成とし、外側の他の１個の鉄心４を、板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る構成としている点が特徴である。

図８（ａ）において、５ａ、５ｂはそれぞれ、第１の鉄心であって、板状磁性材ａ_１〜ａ_７の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る構成、４は、第２の鉄心であって、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る構成である。３ａ、３ｂ、３ｃは励磁用の３相コイルである。また、３個の鉄心４、５ａ、５ｂは、該鉄心４と鉄心５ａの互いに隣り合う１対の部分すなわち４ａ_１と５ａ_１が第１のコイル３ａを共用して励磁され、鉄心５ａ、５ｂの互いに隣り合う１対の部分すなわち５ａ_２と５ｂ_１が第２のコイル３ｂを共用して励磁され、鉄心５ｂと鉄心４の互いに隣り合う１対の部分すなわち５ｂ_２と４ａ_２が第３のコイル３ｃを共用して励磁される構成である。

図８（ｂ）は、図８（ａ）における鉄心５ａ、５ｂの接合部ホ、トの拡大断面構造を示し、図８（ｃ）は、図８（ａ）における鉄心５ａ、５ｂの接合部ヘの拡大断面構造を示す。図８（ｂ）において、板状磁性材ａ_１〜ａ_７はそれぞれ、その両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層を形成し、板状磁性材ａ_１〜ａ_７は全体として第１の層群を形成している。また、図８（ｃ）において、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８はそれぞれ、その両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層を形成し、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８は全体として第２の層群を形成している。

本第６の実施例の変圧器においては、鉄心５ａ、５ｂはそれぞれ、板状磁性材ａ_１〜ａ_７の接合部ホ、トが図８（ｂ）の構成を有しているため、上記各実施例の場合と同様、第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、各鉄心５ａ、５ｂ内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化されたものとなり、変圧器磁気回路の有効断面積が増大する。その結果、磁気抵抗が低減し、磁束量が増大して磁束密度が増大する。このため、各鉄心の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少し全体の鉄損が減少する。鉄損の減少は変圧器の効率を高める。また、鉄心４は、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_８の接合部ヘが、図８（ｃ）のように、第２の層の接合部構成を有しているため、該接合部を形成し易く、鉄心の製作作業性を向上させる。

上記本発明の第６の実施例によっても、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することができる。

図９は、本発明の第７の実施例としての変圧器の構成例図である。図９（ａ）は変圧器の側面図、図９（ｂ）、図９（ｃ）は鉄心の接合部の拡大断面図である。本第７の実施例は、３個の鉄心４、５ａ、５ｂのうち外側の１個の鉄心４が、第１の鉄心であって、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_７の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る構成、内側の２個の鉄心５ａ、５ｂがそれぞれ、第２の鉄心であって、板状磁性材ａ_１〜ａ_８の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る構成である。他の構成は、上記図８に示す第６の実施例の場合と同様である。

本第７の実施例の変圧器においては、鉄心４は、板状磁性材ｂ_１〜ｂ_７の接合部ヘが図９（ｃ）の構成を有しているため、上記各実施例の場合と同様、第２の層群から構成される従来の鉄心の場合に比べ、各鉄心２ａ、２ｂ内における磁束密度の分布が鉄心断面内で平均化されたものとなり、変圧器磁気回路の有効断面積が増大する。その結果、磁気抵抗が低減し、磁束量が増大して磁束密度が増大する。このため、各鉄心の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）は、従来の鉄心よりも、ヒステリシスの少ないカーブの特性となって、ヒステリシス損が減少し全体の鉄損が減少する。鉄損の減少は変圧器の効率を高める。また、鉄心５ａ、５ｂはそれぞれ、板状磁性材ａ_１〜ａ_８の接合部ホ、トが、図９（ｂ）のように、第２の層の接合部構成を有しているため、該接合部を形成し易く、鉄心の製作作業性を改善する。

上記本発明の第７の実施例によっても、変圧器において、鉄心の有効断面積の確保、鉄心内磁束分布の改善、鉄心の製作作業性の改善などを併せて実現することが可能となる。

なお、上記第２の実施例及び第５の実施例では、複数の鉄心の全てを、板状磁性材による第１の層群と第２の層とが交互に積層されて成る構成としたが、本発明はこれに限定されず、複数の鉄心の一部のものを、第１の層群（ブロック）と第２の層とが交互に積層されて成る構成としてもよい。また、第２の実施例及び第５の実施例では、環状の鉄心の最内周側と最外周側とに第２の層を設け、該両第２の層の間に第１の層群（ブロック）を配する構成としたが、本発明はこれにも限定されず、第２の層群（ブロック）の間に第１の層または第１の層群（ブロック）を配する構成としてもよいし、また、第１の層の間または第１の層群（ブロック）の間に第２の層または第２の層群（ブロック）を配する構成としてもよい。さらに、第１の層と第２の層とを１層ずつ交互に積層してもよい。さらに、複数の鉄心を用いて成る変圧器では、鉄心毎に、第１の層または第１の層群と、第２の層または第２の層群との組合わせ方を変えて積層した鉄心としてもよいし、複数の鉄心を、第１の層または第１の層群と、第２の層または第２の層群とを組合わせて積層した鉄心と、他の積層構成の鉄心例えば第１の層群だけから鉄心や第２の層群だけから成る鉄心との組合わせとしてもよい。

また、上記各実施例においては、鉄心を構成する板状磁性材は、例えば、厚さ０．０２×１０^−３ｍ〜０．０３×１０^−３ｍ程度のアモルファスの薄板材（薄帯材）が数十枚重ねられて成る複合構造としたが、本発明はこれにも限定されず、各板状磁性材は、例えば１枚のシート状部材から構成されたものであってもよいし、珪素鋼板など他の磁性材であってもよい。また、板状磁性材の積層数も上記実施例における７層や８層に限定されない。さらに、コイル数や励磁方式も、実施例のものに限定されない。

本発明の第１の実施例の構成例図である。図１の変圧器における鉄心の鉄損特性例を示す図である。本発明の第２の実施例の構成例図である。図３の変圧器における鉄心の鉄損特性例を示す図である。本発明の第３の実施例の構成例図である。本発明の第４の実施例の構成例図である。本発明の第５の実施例の構成例図である。本発明の第６の実施例の構成例図である。本発明の第７の実施例の構成例図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、２、２ａ、２ｂ、４、５ａ、５ｂ…鉄心、
３ａ、３ｂ、３ｃ…コイル、
１００…変圧器、
ａ_１〜ａ_７、ｂ_１〜ｂ_７…第１の層、
ａ_１〜ａ_８、ｂ_１〜ｂ_８…第２の層。

Claims

板状磁性材を複数層に積層し環状に成形した鉄心と励磁用のコイルとを備えて成る変圧器であって、
上記鉄心として、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数層積層された第１の層群と、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層または該第２の層が複数層積層された第２の層群とが交互に積層されて成る鉄心を備えたことを特徴とする変圧器。
上記積層構成の鉄心を４個備え、該４個の鉄心の互いに隣り合う３対の部分がそれぞれコイルを共用して励磁される構成、または、上記積層構成の１個の鉄心の環状領域内に上記積層構成の２個の鉄心が並んで配され、該１個の鉄心と該２個の鉄心のうちの一方の互いに隣り合う１対の部分が第１のコイルを共用して励磁され、該２個の鉄心の互いに隣り合う１対の部分が第２のコイルを共用して励磁され、該２個の鉄心のうちの他方と上記１個の鉄心の互いに隣り合う１対の部分が第３のコイルを共用して励磁される構成である請求項１に記載の変圧器。
板状磁性材を複数層に積層し環状に成形した鉄心と励磁用のコイルとを備えて成る変圧器であって、
上記鉄心が、第１の板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数積層された第１の層群から成る第１の鉄心と、第２の板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層が複数積層された第２の層群から成る第２の鉄心とを備えて構成されることを特徴とする変圧器。
上記鉄心は、上記第１、第２の鉄心をそれぞれ２個ずつ備え、該第１の鉄心の一方と該第２の鉄心の一方とが第１のコイルを共用して励磁され、該第２の鉄心の一方と第２の鉄心の他方とが第２のコイルを共用して励磁され、該第２の鉄心の他方と第１の鉄心の他方とが第３のコイルを共用して励磁される構成、または、１個の上記第１の鉄心の環状領域内に２個の上記第２の鉄心が配され、該第１の鉄心と該第２の鉄心の一方とが第１のコイルを共用して励磁され、該第２の鉄心の一方と第２の鉄心の他方とが第２のコイルを共用して励磁され、該第２の鉄心の他方と上記第１の鉄心とが第３のコイルを共用して励磁される構成である請求項３に記載の変圧器。
上記鉄心は、上記板状磁性材がそれぞれ、薄板材が複数重ねられて成る構成である請求項１から４のいずれかに記載の変圧器。