JP2020009991A - 静止誘導機器用積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステップラップ接合を採用することによって良好な磁気特性を得ることができながらも、組立作業の簡単化を図る。
【解決手段】実施形態に係る静止誘導機器用積層鉄心は、板状の磁性材を積層して構成される上下の継鉄部及び複数本の脚部を備え、それら継鉄部と脚部とが突合せ接合されることにより全体が構成される積層鉄心であって、前記継鉄部と脚部とが接合される突合せ部分は、前記磁性材の積層方向に順に階段状にずれていくステップラップ接合部とされていると共に、前記継鉄部のうち少なくともいずれかは、前記複数枚の磁性材が積層状態で固着一体化された１又は複数のブロックから構成されている。
【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、ケイ素鋼板等の磁性材を複数枚積層して構成される積層鉄心がある（例えば特許文献１参照）。この種の積層鉄心において、特に、上下の継鉄部と、それらをつなぐ複数本の脚部との突合せ接合部分を、積層方向に階段状にずれていくステップラップ接合部としたものは、鉄損が少なくなるなど、良好な磁気特性が得られることが知られている。

特開平６−３４９６４３号公報

しかしながら、従来では、上記したような積層鉄心を組立てるにあたっては、継鉄部及び脚部に対応した所要形状に裁断された多数枚のケイ素鋼板を、一枚一枚突合せながら接合し、積層するようにしていた。そのため、積層の作業に多くの人手と時間を要し、組立て工数が多いものとなっていた。ステップラップ接合を採用した積層鉄心は、そのような組立て工数が多いことが支障となって、多く採用されるに至っていなかった。

そこで、ステップラップ接合を採用することによって良好な磁気特性を得ることができながらも、組立作業の簡単化を図ることができる静止誘導機器用積層鉄心及びその製造方法を提供する。

実施形態に係る静止誘導機器用積層鉄心は、板状の磁性材を積層して構成される上下の継鉄部及びそれらを繋ぐ複数本の脚部を備え、それら継鉄部及び脚部を構成する複数のパーツが突合せ接合されることにより全体が構成される積層鉄心であって、前記パーツ同士が接合される突合せ部分は、前記磁性材の積層方向に順に階段状にずれていくステップラップ接合部とされていると共に、前記少なくともいずれかの継鉄部のパーツは、前記複数枚の磁性材が積層状態で固着一体化された１又は複数のブロックから構成されている。

実施形態に係る静止誘導機器用積層鉄心の製造方法は、板状の磁性材を積層して構成される上下の継鉄部及びそれらを繋ぐ複数本の脚部を備える静止誘導機器用積層鉄心を、それら継鉄部及び脚部を構成する複数のパーツを突合せ接合して構成するための製造方法であって、前記パーツ同士が接合される突合せ部分は、前記磁性材の積層方向に順に階段状にずれていくステップラップ接合部とされていると共に、前記少なくともいずれかの継鉄部のパーツは、予め前記複数枚の磁性材が積層状態で固着一体化された１又は複数のブロックから構成されると共に、そのブロック状態で組付けられる。

一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 図１のＡ−Ａ線（ａ）、Ｂ−Ｂ線（ｂ）、Ｃ−Ｃ線（ｃ）に夫々沿う断面図 積層鉄心の組立途中の様子を示す正面図 他の実施形態を示すもので、上部継鉄部の端部のステップラップ接合部の階段形状を示す平面図

以下、静止誘導機器としての三相用の変圧器に適用した一実施形態について、図１から図３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継鉄部２、下部継鉄部３、上下方向に延びそれら継鉄部２、３間を上下に繋ぐ第１、第２、第３の３個の脚部４、５、６を備えている。各脚部４、５、６には、図示しない巻線が装着される。ここでは、継鉄部２、３及び脚部４〜６の夫々がパーツとなる。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を構成する各パーツ２〜６は、夫々板状の磁性材として例えばケイ素鋼板７（図２参照）を、図で前後方向に複数枚積層して構成され、それら各パーツ２〜６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、図１〜図３では、便宜上、５枚のケイ素鋼板７を積層するものとしている。このとき、基本的には、パーツの突合せ部分のうち、継鉄部２、３の左右の両端部と第１、第３の脚部４、６の上下端部とが接合される上下左右の４つの角部は、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。また、継鉄部２、３の中央部と第２の脚部５の上下両端部との接合は、第２の脚部５の上下部をＶ字状の凸部とした、凹凸の突合せ形態とされている。

そして、継鉄部２、３と第１、第２、第３の脚部４、５、６との突合せ部分は、ケイ素鋼板７の積層方向に順に階段状にずれていくステップラップ接合部８〜１０とされている。即ち、まず図で左側の第１の脚部４においては、一定の幅の板を上下両端部において、斜め４５度の角度で切断した形態の５枚のケイ素鋼板７を積層して構成されている。このとき、一番手前のケイ素鋼板７は、上下方向の長さ寸法が５枚のうちで最も小さく構成され、前から２枚目のケイ素鋼板７は、１枚目のケイ素鋼板７よりも、上下に夫々、段差に相当する寸法Ｓ（図２参照）だけ長く構成されている。このように、ケイ素鋼板７は、更に、３枚目、４枚目、５枚目と、順に長くなっており、図２（ａ）に示すように、ステップラップ接合部８が５枚のケイ素鋼板７から階段状に構成される。

図で右側の第３の脚部６も、第１の脚部４と左右対称の同等の構成を備えており、図２（ｃ）に示すように、ステップラップ接合部１０が階段状に構成されている。図で中央の第２の脚部５は、一定の幅の板を上下両端部において、中心線に沿う部分が頂点をなし、そこから左右両側に斜め４５度の角度で切断したＶ字状の凸形態に構成されている。この場合も、一番手前のケイ素鋼板７が、上下方向の長さ寸法が５枚のうちで最も小さく構成され、前から２枚目のケイ素鋼板７は、１枚目のケイ素鋼板７よりも、上下に夫々、段差に相当する寸法Ｓだけ長く構成され、３枚目、４枚目、５枚目と順に上下に長く構成されている。これにより、図２（ｂ）に示すように、ステップラップ接合部９が５枚のケイ素鋼板７から階段状に構成される。

これに対し、上部継鉄部２においては、一定の幅の板を左右の両端部において、斜め４５度の角度で切断した形態の５枚のケイ素鋼板７を積層して構成されている。このとき、一番手前のケイ素鋼板７は、左右方向の長さ寸法が５枚のうちで最も大きく構成され、前から２枚目のケイ素鋼板７は、１枚目のケイ素鋼板７よりも、左右に夫々、段差に相当する寸法Ｓだけ短く構成されている。このように、ケイ素鋼板７は、更に、３枚目、４枚目、５枚目と、順に短くなっており、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、５枚のケイ素鋼板７から、前記第１、第３の脚部４、６の上端部と噛合う形態のステップラップ接合部８、１０が階段状に構成される。

上部継鉄部２の中央部下辺部においては、前記第２の脚部５の上端に対応して、角度９０度のＶ字状の切欠き（凹部）が形成され、ステップラップ接合部９を構成するようになっている。この場合、一番手前のケイ素鋼板７に、深さ寸法の最も小さいＶ字状の切欠きが形成され、前から２枚目のケイ素鋼板７は、１枚目のケイ素鋼板７よりも、段差に相当する寸法Ｓだけ深い切欠きが形成され、３枚目、４枚目、５枚目と順に深い切込みが形成されている。これにより、図２（ｂ）に示すように、前記第２の脚部５の上端部と噛合う形態のステップラップ接合部９が階段状に構成される。

このとき、本実施形態では、上部継鉄部２に設けられる３個所のステップラップ接合部８、９、１０の階段形状は、全て積層方向に見て同一方向にずれていくように構成されている。つまり、ステップラップ接合部８、９、１０の３か所についての階段形状の向きが、全て同じ方向、即ち、後方に行くほど上にずれていくように構成されている。尚、詳しい説明は省略するが、下部継鉄部３についても、前記上部継鉄部２と上下対称的に構成されており、第１〜第３の脚部４〜６の下端部と噛合う形態の階段状のステップラップ接合部８〜１０が設けられる。

さて、本実施形態では、積層鉄心１を構成する前記各パーツ２〜６のうち、少なくともいずれかの継鉄部２、３、例えば少なくとも上部継鉄部２については、複数枚この場合５枚のケイ素鋼板７が積層状態で固着一体化されたブロックとされている。本実施形態では、各パーツ２〜６の全てについて、夫々が固着一体化されたブロックとされている。このとき、１個のパーツ２〜６が、夫々１個のブロックから構成され、合計５つのブロック状態で積層鉄心１として組付けられるようになっている。

具体的には、上部継鉄部２について、該上部継鉄部２を構成する５枚のケイ素鋼板７が、予め所定形状に切断され、それらケイ素鋼板７が、位置決め状態で積層され、例えば接着により固着一体化される。同様に、下部継鉄部３についても同様に５枚のケイ素鋼板７が積層状態とされ、例えば接着により固着一体化される。脚部４、５、６についても。夫々同様に固着一体化されてブロックとされる。尚、ケイ素鋼板７を固着一体化する方法としては、接着に限らず、嵌合などを採用することもできる。

次に、上記構成を備える積層鉄心１の製造工程について述べる。上記したように、積層鉄心１を構成する上部継鉄部２、下部継鉄部３、３本の脚部４、５、６は、夫々、予め必要形状に裁断された複数枚のケイ素鋼板７が積層され、接着により固着一体化されてブロックとされる。尚、上部継鉄部２と下部継鉄部３とは同等のものが共用化でき、脚部４、６についても同等のものが共用化できる。積層鉄心１の組立にあたっては、まず、図３に示すように、ブロック状とされた下部継鉄部３の上部のステップラップ接合部８、９、１０に、夫々ブロック状とされた脚部４、５、６が突合せ接合される。この際の接合は、例えばクランプ部材や締結部材を用いた周知の方法を採用することができる。

この後、各脚部４、５、６に対して夫々図示しない巻線が装着される。その上で、図３に示すように、脚部４、５、６の上端に対し、ブロック状とされた上部継鉄部２が各ステップラップ接合部８、９、１０において接合される。このとき、ケイ素鋼板７の一枚一枚を突合せながら接合する必要はなく、ブロックとしての上部継鉄部２を一括して組付ければ良いので、組立作業を簡単に行うことができる。また、本実施形態では、上部継鉄部２のステップラップ接合部８、９、１０の３か所についての階段形状の向きが、全て同じ方向とされているので、３か所について同時に、上方からでなく前方から組付けることも可能となる。従って、上部継鉄部２の接合の作業を極めて簡単に行うことができる。

このように本実施形態の積層鉄心１及びその製造方法によれば、ケイ素鋼板７を積層して構成される継鉄部２、３と、脚部４、５、６との間を、ステップラップ接合部８〜１０を介して突合せ接合する構成としたので、積層鉄心１としての良好な磁気特性を得ることができる。そして、継鉄部２、３及び脚部４、５、６を、夫々複数枚のケイ素鋼板７が積層状態で固着一体化されたブロックから構成したので、それらブロックの状態で組付けを行うことができる。

この場合、ブロックの接合による積層鉄心１の組立てが可能となるので、ケイ素鋼板７を一枚一枚結合していく場合と比べて、組立工程が簡単となり、積層鉄心１の作業工数の大幅な低減を図ることができる。この結果、本実施形態積層鉄心１及びその製造方法によれば、ステップラップ接合を採用することによって良好な磁気特性を得ることができながらも、組立作業の簡単化を図ることができるという優れた効果を得ることができる。特に、全てのパーツ２〜６を、夫々１個のブロックとして構成したので、組立作業が極めて簡単となる。

また、特に本実施形態では、継鉄部２、３に設けられる複数個所のステップラップ接合部８〜１０の階段形状を、積層方向に見て同一方向にずれていくように構成した。これにより、継鉄部２、３を、複数個所にて複数本の脚部４〜６に夫々接合する際に、継鉄部２、３の複数のステップラップ接合部８〜１０の階段形状の向きが全て同じ方向であるので、複数の脚部４〜６に対し同方向から同時に突合せ接合の作業を行うことが可能となる。この結果、複数個所での接合を個々に行う場合に比較して、接合作業ひいては組付け作業をより簡単に行うことができる。

図４は、他の実施形態を示すものであり、例えば上部継鉄部１１の左端部のステップラップ接合部１２の構成を示している。この実施形態が、上記一実施形態と異なるところは、上部継鉄部１１を、積層方向即ち前後に、複数のブロック例えば２つのブロックから構成した点にある。即ち、積層鉄心を構成する各パーツは、夫々板状の磁性材としてケイ素鋼板１３を、図で前後方向に複数枚、例えば便宜上８枚積層して構成される。上部継鉄部１１は、夫々４枚のケイ素鋼板１３を積層して、例えば接着により固着一体化された第１、第２のブロック１１ａ、１１ｂから構成される。

また、本実施形態では、第１のブロック１１ａにおいて、一番手前のケイ素鋼板１３は、左右方向の長さ寸法が４枚のうちで最も大きく構成され、前から２枚目のケイ素鋼板１３は、１枚目のケイ素鋼板１３よりも、左右に夫々、段差に相当する寸法Ｓだけ短く構成され、更に、ケイ素鋼板１３は、３枚目、４枚目と、順に寸法Ｓずつ短くなっている。第２のブロック１１ｂも、上記第１のブロック１１ａと同等の構成を備えている。これにより、上部継鉄部１１は、同等の構成の２個のブロック１１ａ、１１ｂを組合せて構成されることになり、ステップラップ接合部１２は、積層方向に２組の階段を繰返すように有した形状に構成されている。尚、図示は省略するが、下部継鉄部や３本の脚部についても、同様に、８枚のケイ素鋼板１３を積層方向に２分割したブロックから構成される。

このような構成においても、上部継鉄部１１は、複数枚（４枚）のケイ素鋼板１３が積層状態で固着一体化された２個のブロック１１ａ、１１ｂから構成されるので、そのブロックを組立てに用いることにより、組立工程が簡単となり、作業工数の大幅な低減を図ることができる。従って、上記一実施形態と同様に、ステップラップ接合を採用することによって良好な磁気特性を得ることができながらも、組立作業の簡単化を図ることができ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、上部継鉄部、下部継鉄部、３本の脚部の全てのパーツをブロックから構成したが、全てのパーツではなく、少なくともいずれかのパーツに関してブロック化することにより、組立作業が簡単となる効果を得ることができる。この場合、少なくとも、特に上部継鉄部に関してはブロック化することが望ましい。また、上記した他の実施形態では、積層（磁性材の厚み）方向にブロック分けするようにしたが、例えば脚部に関して上下２分割するようにブロック化しても良い。この場合、ブロック同士間の突合せ部分には、ギャップを設けることも可能である。１つのパーツに関して、３個以上のブロックから構成するようにしても良い。

その他、静止誘導機器としては、三相の変圧器に限らず、三相以外の例えば単相の変圧器であっても良く、更にはリアクトルに適用することもできる。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は積層鉄心、２、１１は上部継鉄部、３は下部継鉄部、４〜６は脚部、７、１３はケイ素鋼板（磁性材）、８、９、１０、１２はステップラップ接合部、１１ａ、１１ｂはブロックを示す。

Claims (4)

1. 板状の磁性材を積層して構成される上下の継鉄部及びそれらを繋ぐ複数本の脚部を備え、それら継鉄部及び脚部を構成する複数のパーツが突合せ接合されることにより全体が構成される積層鉄心であって、
   前記パーツ同士が接合される突合せ部分は、前記磁性材の積層方向に順に階段状にずれていくステップラップ接合部とされていると共に、
   前記少なくともいずれかの継鉄部のパーツは、前記複数枚の磁性材が積層状態で固着一体化された１又は複数のブロックから構成されている静止誘導機器用積層鉄心。
2. 前記継鉄部に設けられる複数個所のステップラップ接合部の階段形状は、前記積層方向に見て同一方向にずれていくように構成されている請求項１記載の静止誘導機器用積層鉄心。
3. 板状の磁性材を積層して構成される上下の継鉄部及びそれらを繋ぐ複数本の脚部を備える静止誘導機器用積層鉄心を、それら継鉄部及び脚部を構成する複数のパーツを突合せ接合して構成するための製造方法であって、
   前記パーツ同士が接合される突合せ部分は、前記磁性材の積層方向に順に階段状にずれていくステップラップ接合部とされていると共に、
   前記少なくともいずれかの継鉄部のパーツは、予め前記複数枚の磁性材が積層状態で固着一体化された１又は複数のブロックから構成されると共に、そのブロック状態で組付けられる静止誘導機器用積層鉄心の製造方法。
4. 前記継鉄部に設けられる複数個所のステップラップ接合部の階段形状は、前記積層方向に見て同一方向にずれていくように構成されている請求項３記載の静止誘導機器用積層鉄心の製造方法。

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