JP2020009910A - 静止誘導機器用積層鉄心及びその製造方法並びに静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｔ型接合部における鉄損の改善を図ることができるものであって、製造工程の簡単化を図ることができ、製造コストを安価に抑える。【解決手段】実施形態に係る静止誘導機器用積層鉄心は、電磁鋼板を複数枚積層して構成される継鉄部及び脚部を備えて構成されると共に、それら継鉄部と脚部との突合せ部にＴ形接合部を備えるものであって、継鉄部のＴ形接合部部分には、継鉄部を構成する電磁鋼板の圧延方向に対して直交する幅方向を深さ方向とするＶ字形切込み部が形成されており、Ｔ形接合部を構成する脚部の端部には、Ｖ字形切込み部に嵌合する切片が別パーツとして配置され、切片は、電磁鋼板の表面に対し、連続した線状に延びるレーザ照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施してなるベクトル磁気特性材から構成されていると共に、その他の継鉄部及び脚部部分には、方向性電磁鋼板が用いられている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器用積層鉄心及びその製造方法並びに静止誘導機器に関する。

静止誘導機器例えば変圧器の鉄心においては、ケイ素鋼板等の電磁鋼板を複数枚積層して構成される積層鉄心が知られている。例えば三相変圧器用の積層鉄心にあっては、中央の脚部と上下の継鉄部との接合部がＴ型接合部とされるが、この部分において、電磁鋼板の圧延方向とは異なる方向の回転磁束が生ずるため、鉄損が大きくなることが指摘されている。そこで、特許文献１においては、積層鉄心を構成する電磁鋼板の表面に対して、その圧延方向に対して縦横方向に格子状にレーザ照射を行うスクラッチ処理を施すことにより、磁区細分化制御を行い、鉄損の低減を図ることが提案されている。

特開２０１５−１０６６３１号公報

上記した特許文献１では、積層鉄心全体、或いは積層鉄心の継鉄部及び脚部の各パーツを構成する電磁鋼板に対し、レーザ照射の処理を行うようにしている。つまり、比較的大型の電磁鋼板を取扱ってその表面に対するレーザ照射処理を行うための、大掛かりな設備が必要となっていた。そのため、電磁鋼板に対するレーザ照射の処理に高いコストを要し、積層鉄心全体としての製造コストが大きくなる不具合があった。

そこで、Ｔ型接合部における鉄損の改善を図ることができるものであって、製造工程の簡単化を図ることができ、製造コストを安価に抑えることが可能な静止誘導機器用積層鉄心及びその製造方法並びに静止誘導機器を提供する。

実施形態に係る静止誘導機器用積層鉄心は、電磁鋼板を複数枚積層して構成される継鉄部及び脚部を備えて構成されると共に、それら継鉄部と脚部との突合せ部にＴ形接合部を備えるものであって、前記継鉄部のＴ形接合部部分には、該継鉄部を構成する電磁鋼板の圧延方向に対して直交する幅方向を深さ方向とするＶ字形切込み部が形成されており、前記Ｔ形接合部を構成する脚部の端部には、前記Ｖ字形切込み部に嵌合する切片が別パーツとして配置され、前記切片は、電磁鋼板の表面に対し、連続した線状に延びるレーザ照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施してなるベクトル磁気特性材から構成されていると共に、その他の前記継鉄部及び脚部部分には、方向性電磁鋼板が用いられている。

第１の実施形態を示すもので、積層鉄心の全体構成を概略的に示す正面図 積層鉄心のＴ型接合部部分の拡大正面図 切片を構成するベクトル磁気特性材の拡大平面図 組立工程を説明するための図 第２の実施形態を示すもので、組立工程を説明するための図 第３の実施形態を示すもので、積層鉄心のＴ型接合部部分の拡大正面図

（１）第１の実施形態
以下、静止誘導機器としての三相用の変圧器に適用した第１の実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る変圧器用の積層鉄心１の全体構成を示している。この積層鉄心１は、図で左右方向に延びる上部、下部の継鉄部２、２、上下方向に延びそれら継鉄部２、２間を上下に？ぐ左右の脚部３、３、並びに中央脚部４を備えている。各脚部３、３、４には、夫々巻線５（想像線で示す）が装着される。尚、以下の説明で方向を言う場合には、図１の状態を正面図として説明する。

積層鉄心１を構成する継鉄部２、２及び各脚部３、３、４は、夫々例えば厚み寸法が０．２〜０．３ｍｍのケイ素鋼板からなる帯状の電磁鋼板６を、図で前後方向に複数枚積層して構成される。そして、詳しくは後述するように、それら継鉄部２、２及び各脚部３、３、４が突合せ接合されることにより、積層鉄心１全体が構成される。尚、継鉄部２、２を構成する電磁鋼板６としては、方向性電磁鋼板が用いられ、圧延方向が図で左右方向とされている。各脚部３、３、４を構成する電磁鋼板６としては、やはり方向性電磁鋼板が用いられ、圧延方向が図で上下方向とされている。

積層鉄心１においては、突合せ部分のうち、継鉄部２、２の左右の両端部と左右の脚部３、３の上下端部とが接合される上下左右の４つの角部が、斜めほぼ４５度に切込まれたいわゆる額縁状の突合せ形態とされる。このとき、詳しく図示はしないが、継鉄部２、２と脚部３、３との接合部７においては、双方の接合面が、電磁鋼板６の積層方向（図で前後方向）に、電磁鋼板６の１枚毎或いは複数枚毎に凸部と凹部とを交互に有した形態とされる。この場合、前記凹部及び凸部は、継鉄部２の接合面側と、脚部３の接合面側とで、逆の関係となるように形成され、それらが互いに噛合うことにより、周知のいわゆるラップジョイント方式の接合がなされている。

さて、図２等にも示すように、継鉄部２、２の中央部と、中央脚部４の上下両端部との接合は、Ｔ形接合部８とされているのであるが、本実施形態では、そのＴ形接合部８は、次のように構成されている。即ち、図２に上側のＴ形接合部８を代表して示すように、前記継鉄部２の中央部のＴ形接合部８部分には、該継鉄部２を構成する電磁鋼板６の圧延方向（図で左右方向）に対して直交する幅方向（図で上下方向）を深さ方向とするＶ字形切込み部９が、例えば角度９０度で形成されている。尚、下側の継鉄部２にも、同様のＶ字形切込み部９が上下対称的に形成されている。

そして、前記Ｔ形接合部８を構成する中央脚部４の端部、図２では上端部には、前記Ｖ字形切込み部９に嵌合する切片１０が別パーツとして配置される。このとき、本実施形態では、図４にも示すように、Ｔ形接合部８を構成する中央脚部４の端部にも、Ｖ字形切込み部１１が形成されている。前記切片１０は、菱形形状この場合ほぼ正方形状に構成されて、継鉄部２のＶ字形切込み部９及び中央脚部４のＶ字形切込み部１１の双方に嵌合される。

前記切片１０は、ほぼ正方形状に裁断された電磁鋼板６の表面に対し、連続した線状に延びるレーザ照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施してなるベクトル磁気特性材１２を、複数枚積層して構成されている。尚、電磁鋼板６に対するレーザ照射処理は、周知の一般的なレーザ照射装置により行うことができる。このときのレーザ照射処理の条件等については、例えば特開２０１５−１０６６３１号公報（段落［００２３］、図８）等で公知であり、ここでの説明は省略する。

図３では、ベクトル磁気特性材１２の表面上に施された、レーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２を線で示している。一方向に延びる処理ラインＬ１は、菱形（正方形）の切片１０の一方の辺の延びる方向に延びて、所定の間隔ｐを有して多数本が平行に形成されている。これに対し、処理ラインＬ２は、処理ラインＬ１に交差する方向、この場合直交する方向（切片１０の他辺の延びる方向）に延びて、やはり所定の間隔ｐを有して多数本が平行に形成されている。この場合、処理ラインＬ１、Ｌ２の形成される間隔ｐは、０．５０ｍｍ以下、例えば０．５０ｍｍとされている。

尚、詳しい図示や説明は省略するが、中央脚部４のＶ字形切込み部１１に対する切片１０の接合、並びに、継鉄部２のＶ字形切込み部９に対する切片１０の接合についても、積層鉄心１のコーナー部分の接合部７と同様に、周知のいわゆるラップジョイント方式の接合がなされている。また、中央脚部４と下側の継鉄部２とが接合される下部のＴ型接合部８に関しても、継鉄部２にＶ字形切込み部９が設けられると共に、中央脚部４の下端部に形成されたＶ字形切込み部１１に切片１０が別パーツとして配置され、上記と同様の構成が上下対称的に設けられている、

次に、上記構成の積層鉄心１の組立手順について、図４も参照して述べる。積層鉄心１を構成する継鉄部２、２、左右の脚部３、３、中央脚部４は、夫々、予め必要形状に裁断された複数枚の電磁鋼板６が積層され、例えば接着により固着一体化されて各パーツとされる。また、上下の切片１０についても、電磁鋼板６を処理してなるベクトル磁気特性材１２を積層してパーツとして構成される。その際、予め必要形状に裁断された複数枚の電磁鋼板６に対し、その表面（片面）に対し、上記したようなレーザ照射処理が施される。これにて、切片１０は、レーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２が形成されたベクトル磁気特性材１２が積層されて構成されている。尚、それらパーツの各接合面には、凸部と凹部とが、互いに噛合う形態で積層方向に交互に設けられている。

そして、前記中央脚部４の上下両端部に形成されたＶ字形切込み部１１に対して、夫々切片１０がラップジョイント方式で接合される。次いで、下部の継鉄部２の上部の接合部に、夫々脚部３、３、並びに中央脚部４の下端部の切片１０の接合面がラップジョイント方式で突合せ接合される。この後、各脚部３、３、４に対して夫々巻線５が装着される。しかる後、図４に一部示すように、上部の継鉄部２が、脚部３、３、及び中央脚部４の上端部の切片１０に対し、ラップジョイント方式で突合せ接合される。この際のパーツ間の接合には、例えばクランプ部材或いは締結部材を用いた周知の方法を採用することができる。

これにて、図１、図２に示すように、上下の継鉄部２、２と、左右の脚部３、３及び中央脚部４とが突合せ接合された積層鉄心１が得られる。継鉄部２と中央脚部４とがなすＴ型接合部８においては、継鉄部２に設けられたＶ字形切込み部９に対し、中央脚部４の端部に別パーツとして設けられた切片１０が配置されるようになる。この切片１０は、電磁鋼板６の表面に対し、連続した線状に延びるレーザ照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施してレーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２が設けられたベクトル磁気特性材１２から構成されている。その他の継鉄部２、２、脚部３、３、中央脚部４については、方向性電磁鋼板が用いられている。

上記のように構成された本実施形態の積層鉄心１によれば、次のような作用・効果を得ることができる。即ち、継鉄部２と中央脚部４とがなすＴ型接合部８においては、レーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２が設けられたベクトル磁気特性材１２から構成された切片１０が配置されるようになるので、この部分における鉄損を低減することができ、全体として鉄損の少ない積層鉄心１を得ることができる。

このとき、切片１０は、中央脚部４全体から比べると小型のものとなり、また別パーツとして取扱い可能であるから、切片１０を構成する電磁鋼板６に対する、レーザ照射の処理に要する設備を比較的小型で簡易なもので済ませることができ、作業効率も良好となる。他の部分即ち上下の継鉄部２、２及び左右の脚部３、３は、方向性電磁鋼板を、レーザ照射の処理を行わずにそのまま用いることができ、比較的安価に済ませることができる。この結果、本実施形態によれば、Ｔ型接合部８における鉄損の改善を図ることができるものであって、製造工程の簡単化を図ることができ、製造コストを安価に抑えることが可能となるという優れた効果を得ることができる。

特に本実施形態では、前記Ｔ形接合部８を構成する中央脚部４の端部にも、Ｖ字形切込み部１１が形成され、ベクトル磁気特性材１２からなる切片１０を、菱形形状に構成して、継鉄部２のＶ字形切込み部９及び中央脚部４のＶ字形切込み部１１の双方に嵌合させる構成とした。これにより、Ｔ形接合部８における鉄損の抑制効果に優れたものとすることができると共に、組付け作業も良好とすることができる。

更に本実施形態では、切片１０を構成するベクトル磁気特性材１２に、０．５０ｍｍ以下の間隔で平行に格子状のレーザ照射処理を施して、レーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２を設けるようにした。ここで、電磁鋼板６にレーザ照射処理を施してベクトル磁気特性材１２を構成する場合、レーザ照射処理は、電磁鋼板６の表面に、平行に間隔を有して、交差する二方向に格子状に、連続した線状に施されることが好ましいことが判明している。その際の線状のレーザ処理の間隔を、０．５０ｍｍ以下とすることにより、鉄損低減率を大きくすることができることも明らかになっている。この場合、０．５０ｍｍを越えた間隔とすると、鉄損低減に劣るようになる。特に、レーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２を、Ｖ字状切込み部９、１１の辺に平行及び直交する向きに、直交する格子状に形成したので、鉄損の低減に効果的となる。

（２）第２、第３の実施形態、その他の実施形態
図５は、第２の実施形態を示すものであり、上記第１の実施形態と異なる点は、積層鉄心１の組立手順にある。即ち、この第２の実施形態においても、積層鉄心１は、継鉄部２と中央脚部４とがなすＴ型接合部８においては、レーザ照射処理ラインＬ１、Ｌ２が設けられたベクトル磁気特性材から構成された切片１０が配置された上記第１の実施形態の積層鉄心１と同等の構成を備えている。

そして、積層鉄心１の組立の工程においては、先に継鉄部２のＶ字型切込み部９に、ベクトル磁気特性材１２を積層してなる切片１０を接合し、その後、その切片１０に対し、中央脚部４のＶ字型切込み部１１を接合するようになっている。この第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、Ｔ型接合部８における鉄損の改善を図ることができるものであって、製造工程の簡単化を図ることができ、製造コストを安価に抑えることが可能となるという優れた効果を得ることができる。

図６は、第３の実施形態を示すものであり、第３の実施形態に係る積層鉄心２１の上部のＴ型接合部２２部分、つまり上部の継鉄部２と中央脚部２３との接合部分の構成を概略的に示している。このとき、継鉄部２の中央部のＴ形接合部２２部分には、やはりＶ字形切込み部９が形成されている。そして、前記Ｔ形接合部２２を構成する中央脚部２３の上端部には、前記Ｖ字形切込み部９に嵌合する切片２４が別パーツとして配置される。

前記切片２４は、ほぼ直角二等辺三角形形状に裁断された電磁鋼板６の表面に対し、連続した線状に延びるレーザ照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施すことにより、レーザ照射処理ラインＬ３、Ｌ４を形成してなるベクトル磁気特性材を、複数枚積層して構成されている。一方向に延びる処理ラインＬ３は、Ｖ字形切込み部９の一方の辺の延びる方向に延びて、やはり所定の間隔ｐを有して多数本が平行に形成されている。処理ラインＬ４は、Ｖ字形切込み部９の他方の辺の延びる方向に延びて、やはり所定の間隔ｐを有して多数本が平行に形成されている。この場合も、処理ラインＬ３、Ｌ４の形成される間隔ｐは、０．５０ｍｍ以下、例えば０．５０ｍｍとされている。

前記中央脚部２３の上端部は、横方向に真直ぐ切断された形状とされ、切片２４の底辺部に接合されるようになっている。このとき、詳しく図示はしないが、継鉄部２のＶ字形切込み部９の２辺に対して、切片２４の２つの斜辺がラップジョイント方式で突合せ接合される。これと共に、中央脚部２３の上端部に対し、切片２４の底辺部がラップジョイント方式で突合せ接合される。尚、積層鉄心２１の組立の行程にあっては、中央脚部２３に対する切片２４の接合の工程が、Ｖ字形切込み部９に対する切片２４の接合の工程よりも先であっても良いし、或いは、後であっても良い。

上記構成の積層鉄心２１にあっては、継鉄部２と中央脚部２３とがなすＴ型接合部２２においては、レーザ照射処理ラインＬ３、Ｌ４が設けられたベクトル磁気特性材を積層して構成された切片２４が配置されるようになるので、この部分における鉄損を低減することができ、全体として鉄損の少ない積層鉄心１を得ることができる。従って、この第３の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様に、Ｔ型接合部２２における鉄損の改善を図ることができるものであって、製造工程の簡単化を図ることができ、製造コストを安価に抑えることが可能となるという優れた効果を得ることができる。

尚、上記した実施形態では、切片を構成する電磁鋼板の表面に対するレーザ照射処理について、レーザ照射処理ラインをＶ字形切込み部の辺に対して平行や直角に延びるように形成したが、それに限定されず、様々な方向に延びるように形成することができる。２本のレーザ照射処理ラインが交差する場合、９０度からずれた角度で斜め方向に傾斜する形態で交差するものであっても良い。レーザ照射処理を電磁鋼板の両面に施すものであっても良い。レーザ照射処理ラインのピッチについても、様々な変更が可能である。

その他、切片を菱形或いは直角二等辺三角形としたが、切片の形状としても様々な変更が可能である。また、静止誘導機器としては、変圧器に限らず、リアクトル等にも適用することができる。以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１、２１は積層鉄心、２は継鉄部、３は脚部、４、２３は中央脚部、６は電磁鋼板、８、２２はＴ型接合部、９、１１はＶ字型切込み部、１０、２４は切片、１２は、ベクトル磁気特性材、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４はレーザ照射処理ラインを示す。

Claims (6)

1. 電磁鋼板を複数枚積層して構成される継鉄部及び脚部を備えて構成されると共に、それら継鉄部と脚部との突合せ部にＴ形接合部を備える積層鉄心であって、
   前記継鉄部のＴ形接合部部分には、該継鉄部を構成する電磁鋼板の圧延方向に対して直交する幅方向を深さ方向とするＶ字形切込み部が形成されており、
   前記Ｔ形接合部を構成する脚部の端部には、前記Ｖ字形切込み部に嵌合する切片が別パーツとして配置され、
   前記切片は、電磁鋼板の表面に対し、連続した線状に延びるレーザ照射処理を、互いに交差する二方向に格子状に施してなるベクトル磁気特性材から構成されていると共に、
   その他の前記継鉄部及び脚部部分には、方向性電磁鋼板が用いられている静止誘導機器用積層鉄心。
2. 前記Ｔ形接合部を構成する脚部の端部にも、Ｖ字形切込み部が形成され、
   前記切片は、菱形形状に構成されて、前記継鉄部及び脚部のＶ字形切込み部の双方に嵌合される請求項１記載の静止誘導機器用積層鉄心。
3. 前記切片を構成するベクトル磁気特性材は、０．５０ｍｍ以下の間隔で平行に格子状のレーザ照射処理が施されている請求項１又は２記載の静止誘導機器用積層鉄心。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の静止誘導機器用積層鉄心を製造するための方法であって、
   前記Ｔ形接合部を構成する脚部の端部に、前記ベクトル磁気特性材の切片を接合し、その後、前記継鉄部に接合する静止誘導機器用積層鉄心の製造方法。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の静止誘導機器用積層鉄心を製造するための方法であって、
   前記継鉄部のＶ字型切込み部に前記ベクトル磁気特性材の切片を接合し、その後、前記脚部を接合する静止誘導機器用積層鉄心の製造方法。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の静止誘導機器用積層鉄心を備えている静止誘導機器。

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