JPH03190112A

JPH03190112A - 複合鉄心

Info

Publication number: JPH03190112A
Application number: JP32889389A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yagisawa; 八木澤　猛; Sadayoshi Hibino; 日々野　定良
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1991-08-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、変圧器、電動機などの電気機器の構成部品と
して用いられる鉄心に関する。

（従来の技術）変圧器、電動機などの電気機器に用いられる鉄心は、一
般に電磁鋼板を鉄心形状に積層して構成している。電磁
鋼板などの強磁性体には、磁歪とよばれる現象があり、
磁化することによってその寸法が変化することが知られ
ている。したがって鉄心を交流で磁化すれば、磁歪によ
って寸法が変化して振動し、その結果騒音が発生するこ
ととなる。

一方、最近は、電気機器をインバータを用いて駆動する
ことが広く行なわれるようになった。インバータの出力
電流あるいは電圧には、半導体素子をオン・オフするこ
とにともなう高調波が含まれている。そのため、鉄心の
磁歪振動及びそれによる騒音の中にも高調波が含まれ、
かつその周波数が、人体にとって不快に感じられる範囲
にあることから、騒音の低減化が強く望まれている。

このような磁歪振動を小さくするための方法としては、
合金の化学成分を選択して磁歪の小さな鋼板をつくり、
これにより鉄心を構成する方法がある。しかしながらこ
のような材料は、一般に飽和磁束密度が低く、その結果
、鉄心寸法が不可避的に大きくなってしまうという欠点
を有している。

（発明が解決しようとする課題）そのため、鉄心寸法を大型化することなしに、磁歪振動
を小さくし、騒音を低減化する技術が求められていた。

本発明は、上記のような従来技術の欠点を改善しようと
するものであり、磁歪振動の低減化が図られ、しかも寸
法の小型化の点でも有利な電気機器鉄心を提供すること
を目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明による複合鉄心は、高磁束密度特性を有する第１
電磁鋼板層と低磁歪特性を有する第２電磁鋼板層とを鉄
心形状に積層してなり、前記第２電磁鋼板層の厚さは前
記第１電磁鋼板層の厚さよりも薄く形成し、かつ、前記
第２１＠磁鋼板層の少なくとも一部にスリットを設けて
なることを特徴としている。

本発明においては、上記の第１電磁鋼板層自体を、複数
の電磁鋼板の階段重ね接合によって積層して構成するこ
ともできる。

本発明の鉄心は、純鉄系のあるいはＳｉなど合金元素添
加量を少くすることにより飽和磁束密度を＾くした電磁
鋼板と、６．５％５ｉ−Ｆｅ合金のような低磁歪磁性材
料とを組合せることにより、鉄心寸法の小型化に適しか
つ低騒音特性を有する電気機器用鉄心を製作しようとす
るものである。

第１図に、本発明の基本的な構成を示す。鉄心は高磁束
密度電磁鋼板１と、低磁歪薄帯２より構成されており、
これがコイル４と鎖交している。

さらに低磁歪薄帯２によってなる磁路中には、空隙（ス
リット）３が設けられている。

いま、コイル４に対して、商用周波に高調波の重畳した
電圧が印加された場合を考える。この電圧変化に相当す
る磁束が高磁束密度電磁鋼板（第１電磁鋼板層）１と低
磁歪薄帯（第２電磁鋼板層）２の二つからなる複合鉄心
に流れる。磁束のうちで高調波成分は、高磁束密度電磁
鋼板１に流れるよりも低磁歪薄帯２に流れる方が容易で
ある。これは、＾調波磁束が流れることによって鋼板内
に誘起されろうず電流が磁束の流れをさまたげるが、低
磁歪薄帯２は、その板厚が薄いことから、薄帯内に誘起
されろうず電流が少な（、その結果、高調波磁束に対す
る透磁率が高磁束密度電磁鋼板１に対して相対的に高く
なるためである。

一方、商用周波磁束成分は、高磁束密度電磁鋼板１によ
り多く流れる。なぜなら、商用周波磁束に対しては、周
波数が高くないことから、磁化をさまたげるうず電流の
影響が少ないこと、これに対して、低磁歪薄帯２につい
ては、その磁路中に設けられた空隙（スリット）３が、
磁束の流れをさまたげるためである。商用周波磁束成分
が低磁歪薄帯２に流れにくいことは、これが飽和しにく
いことを意味し、低磁歪薄帯２の高調波磁束に対する透
磁率が、飽和により低下することを防いでいる。

その結果、商用周波磁束は高磁束密度電磁鋼板１に多く
流れ、一方、高調波磁束は低磁歪薄帯２に多く流れる。

したがって鉄心騒音に影響の大きい高調波磁束が低磁歪
薄帯に流れることで騒音が大幅に低減されるのである。

また、本発明は鉄心の構成材料のすべてを低磁歪薄帯で
製作する必要がなくこれは通常全体の数分の−でよいこ
とから、鉄心を小型に構成することができる点でもすぐ
れている。

（実施例）以下、本発明を実施例に乱づいて説明する。

第２図に、本発明を変圧器に適用した場合の例を示す。

この鉄心は、外側鉄心（第１電磁鋼板層）５と内側鉄心
（第２ｍ磁鋼板層）６とからなる巻鉄心であり、外側鉄
心５は、たとえば０．５０■−厚の純鉄系電磁鋼板の、
また内側鉄心６は、たとえば０．３５龍厚の６．５％け
い素鋼薄帯の、ともに巻回構造を有している。この例の
場合、鉄心の全断面積に対して内側鉄心の占める割合は
２５％とした。

変圧器の組立は、あらかじめ製作しておいたコイル８に
、焼鈍した鉄心を複数枚ずつにわけて挿入する方式であ
ることかり、鉄心を構成する純鉄系電磁鋼板及び６．５
％けい素鋼薄帯ともに、鉄心の上部ヨーク位置において
切断部を有し、組立時にはこの部分を一旦開いてコイル
内に挿入した後、再び接合することによって組立てるこ
とができる。

内側鉄心６の上部ヨーク位置における接合は、突合せ接
合であるが、磁気的な空隙として絶縁紙７をはさんであ
る。

外側鉄心５の上部ヨーク位置の側面を拡大して、第３図
に示す。外側鉄心を構成する純鉄系電磁鋼板９の接合部
は、階段重ね接合構造となっており、これにより実際上
完全に０とすることのできない鋼板突き合わせ部の空隙
１０の影響を小さくしている。

電磁鋼板の電気抵抗は、主要添加元素であるＳｔの量に
よって増加する。たとえば６．５％のＳｉを含む場合の
電気抵抗率が８０Ｘ１０−８Ω・ｍ程度であるのに対し
、Ｓｉ量が０〜０．５％の純鉄系あるいは低Ｓｉ系電磁
鋼板の電気抵抗率は、２０Ｘ１０’Ω・ｍ以下である。

したがって、今回、純鉄系電磁鋼板で構成した外側鉄心
は、添加元素が少ないことから、飽和磁束密度が高い一
方で、電気抵抗が低く、うず電流が流れやすく、第４図
に示すように、周波数が高くなるとともに透磁率が低下
する。

一方、６．５％けい素鋼薄帯により構成された内側鉄心
は、板厚が薄いこと、電気抵抗が高いことにより、うず
電流が少なく、周波数が高くなったときの透磁率低下が
少ない。

内側鉄心に、絶縁紙をはさむことによって設けた磁気的
な空隙は、これが長すぎれば商用周波のみならず、高調
波に対する透磁率も低下してしまい、また反対に短すぎ
れば、商用周波磁束が多く流れて飽和に近づき、その結
果高調波に対する透磁率が低下してしまう。これをさけ
るためには実効的な空隙長を鉄心磁路１ｍあたり０，１
〜１１Ｉ１１の範囲とすることが好ましい。なお、この
空隙長の下限の０．１ｍ＋ｓは、外側鉄心の材料として
透磁率のより高い材料を使用すれば、さらに小さくする
ことができる。

上記例の場合、内側鉄心に設けた空隙の実効長さは、鉄
心磁路１ｍあたり０．４ｍｍとした。この結果、内側鉄
心の平均的比透磁率は、商用周波に対しても高調波に対
しても、２０００程度にすることができる。この値は、
外側鉄心の商用周波に対する透磁率よりは大幅に低く、
また高調波に対する透磁率よりははるかに高い。そのた
め商用周波磁束成分は外側鉄心に多く流れ、また高調波
磁束成分は内側鉄心に多く流れる。

けい素鋼の磁歪は、通常、第５図（Ｉ？、Ｍ、Ｂｏｚｏ
−ｒｔｈ、　Ｆｅｒｒｏｎ＋ａｇｎｅｔｉｓｎ＋による
）に示すようにＳｉ量とともに低下し、６〜７ｗｔ％Ｓ
ｉの間で最も低くなることが知られている。本実施例に
おいて内側鉄心として用いた６、５％けい素鋼薄帯は、
磁歪がきわめて少ない鉄心材料であり、そのため内側鉄
心は、磁歪振動が非常に小さい。

第６図に、全高調波磁束のうち、内側鉄心に流れる割合
を、高調波の周波数がＩＫＨｚ及び２ＫＨｚの場合につ
いて示す。内側鉄心の断面積は、全鉄心断面積の２５％
にすぎないにもかかわらず、高調波磁束の約７０９６が
内側鉄心に流れている。

この結果、鉄心の高調波磁歪振動が大幅に低下し、低騒
音の変圧器を得ることができる。

以上の実施例は、本発明を変圧器鉄心に応用した場合に
ついて述べた。しかしこれを回転機鉄心に応用しても同
様の効果を得ることができる。インバータ駆動電動機に
おける高調波の振動は、コイルに流れる高調波電流成分
にもとづく電磁気力によるものだけではなく、鉄心の磁
歪振動も無視することはできない。しかし、２種類の鉄
心材料を組合せて複合鉄心とすることで、低磁歪電動機
鉄心を得ることができる。

第７図は、高磁束密度電磁鋼板を用いた電動機固定子鉄
心抜き板１１であり、接合部を持たない。

一方、第８図は、低磁歪電磁鋼板を用いた鉄心抜き板で
あって、４個のセグメント１２に分割されている。セグ
メント間の接合部には、わずかの空隙１３ができている
。これらの鉄心抜き板１１及び１２を積層して電動機固
定子鉄心を組立てた結果、騒音を低減することができた
。

なお、上述した二つの実施例では、低磁歪電磁鋼板とし
て、６．５％けい素鋼薄帯を用いたが、Ｃｏ系の低磁歪
アモルファス合金を用いた場合には、高調波の周波数が
さらに高くなったとしても同様の効果が得ることができ
る。

また、高磁束密度電磁鋼板として、純鉄電磁鋼板を用い
たが、通常のけい素鋼薄帯であっても、低磁歪材料より
も高い磁束密度で動作させることができれば、同様の効
果を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明による複合鉄心においては、高磁束密度特性を有
する第１電磁鋼板層と低磁歪特性を有する第２電磁鋼板
層とを鉄心形状に積層し、しかも第２電磁鋼板層の厚さ
を第１電磁鋼板層の厚さよりも薄く形成するようにした
ので、磁歪振動の低減化を図る上ですぐれた効果を奏し
、しかも寸法の小型化を図ることができる点においても
有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示す説明図、第２図は、
実施例における変圧器の断面図、第３図は、ヨーク鉄心
の部分拡大図、第４図は、純鉄系電磁鋼板の比透磁率を
示すグラフ、第５図は、けい素−鉄合金の磁歪を示すグ
ラフ、第６図は、実施例の鉄心高調波磁束の内側鉄心に
流れる割合を示すグラフ、第７図は、実施例における高
磁束密度電磁鋼板の鉄心抜き板の平面図、第８図は、低
磁歪薄帯の鉄心抜き板形状を示す平面図である。１・・・高磁束密度電磁鋼板、２・・・低磁歪薄帯、３
．１０．１３・・・空隙、４．８・・・コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

　高磁束密度特性を有する第１電磁鋼板層と低磁歪特性
を有する第２電磁鋼板層とを鉄心形状に積層してなり、
前記第２電磁鋼板層の厚さは前記第１電磁鋼板層の厚さ
よりも薄く形成し、かつ、前記第２電磁鋼板層の少なく
とも一部にスリットを設けてなることを特徴とする、複
合鉄心。