JPS6033291B2 - 磁気鉄心 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般に変圧器のような譲導電気機器の磁気鉄
心機造体に関するもので、特に積重ね型の磁気鉄心に関
するものである。

米国特許第３１５３２１５号は鉄心の胸鉄部と継鉄部と
の留め継ぎ端の間にステップラップ継ぎを行った積重ね
型の鉄心を記載している。

ステップラップ継ぎにおいては、積層体の各層において
、脚鉄及び継鉄板の留め継ぎ端すなわち対角線状に切っ
た端の間の接合部が、隣接する層の同様に位置する接合
部から順次ずらされ、予定した段模様になっていて、方
向が変わる前、すなわち模様が繰返される前に、接合部
が一方向で少なくとも３回段にされている。ステップラ
ップ継ぎは鉄損を低くし、所要の励磁電力を低くしかつ
鉄Ｄの騒音高さを低減することによって、慣用のバット
ラップ継ぎを用いた鉄心に比べ鉄心の性能を実質的に改
善するものであることがわかった。一般に、従来技術の
ステップラップ継ぎは米国特許第３１５３２１５号、第
３４７７０５３号、第３５０４３１８及び第３５４０１
２ぴ号‘こ示されているように、各脚鉄部又は継鉄部の
ために、斜めに切った端の間で縦方向に同じ寸法を持っ
た積層板を与えることによって、積層板の斜めに切った
端の間に所望の段付関係を得ている。段の付いた関係は
任意の積重ねた組において積層板の中央点を順次にずら
せることによって達成されている。ステップラップ継ぎ
を有する従来技術の鉄心では、内側脚鉄板及び上下継鉄
部の積層体間のステップラップ継ぎは上下各縦鉄部積層
体にＶ形の切欠きを形成することによって構成される。

継鉄積層体のＶ形切欠きは鉄心の縦軸に平行に層から層
へと順次ずらされて、それは等しい長さの内側脚鉄積層
板もまた鉄心の縦離すなわち長さに平行に順次ずらされ
る態様である。このような態様で、上及び下継鉄部の等
しい長さの積層板が層から層へ水平にずらされ、これは
脚鉄及び継鉄間のステップラップ継ぎを均等に分布させ
、その結果電気的特性の優秀な対称な鉄心が得られる。
しかし、内側胸鉄積層板の多数の間隔を置いた端の点が
磁気特性組立の間に作業者の視線からさえぎられるが故
に、ステップラップ継ぎを形成する上に固有の困難さが
伴ない、それによって長い組立時間を要することとなる
。米国特許第３１５３２１５号及び第３７４３９９１号
に示されているように、内側脚鉄積層板を垂直方向に段
付けすることがまた公知である。

この型の鉄心構造では、等しい長さの内側脚鉄積層板が
内側脚鉄の真直な側緑に平行に垂直に分布され、継鉄板
の切欠を１つの継鉄層板では次第に深く、他の総鉄層板
では次第に浅くされている。代わりもこ、ラップ接合を
作るのに、内側脚鉄層板の長さを順次に変えることもで
きる。どちらのステップラップ継ぎ鉄心においても、等
しい長さの継鉄層板が脚鉄層板とステップラップ継ぎを
行なうために、水平方向に順次ずらされる。そしてまた
、米国特許第３６７０２７計号及び第３９１８１５３号
の記載しているように、脚鉄板及び継鉄板の長さを変え
てステップラップ継ぎを構成することも知られている。
これらの米国特許に示されているように、脚鉄板及び継
鉄板の長さは層から層に反対方向で変化している。それ
によって、各脚鉄部及び継鉄部の積層板の中点は所望の
ステップラップ模様を形成するように層から層へ積層板
の端を順次ずらせることによって一致させられる。この
形の鉄心は同じ長さの脚鉄及び継鉄板を順次ずらせて作
ったステップラップ継ぎを持つ鉄心機造に比べて低い鉄
心損及び騒音水準を持っている。この発明の解決すべき
問題点は、従来技術による鉄心機造より低い鉄心損を持
ったステップラップ継ぎの鉄心が提供することである。

このために、この発明の目的は、内側脚鉄積層体に関し
て対称であるような脚鉄と上下継鉄との間のステップラ
ップ継ぎを持つ３相鉄心を提供することである。また、
端を層から層へずらせるようにして、中点が一線にされ
た同じ長さの脚鉄及び継鉄積層板で形成された３相鉄心
を提供することであり、最後に、同じ長さの脚鉄及び継
鉄積層板で形成され、脚鉄及び継鉄積層板間の空隙の量
が少くされ、更に、積層板の層の各組において継鉄板と
外側脚鉄板との間に空隙が均等に分布されているような
３相鉄心を提供することである。この目的を達成するた
めに、この発明は磁性金属積層板の層の組を多数重ねた
積重ね型の新規で改良された磁気鉄心を提供している。
磁気鉄心機造体は接合されている脚鉄部と継鉄部との間
にステップラップ継ぎを具え、各脚鉄部及び継鉄部はそ
れらの積層板の層の各群において反対方向に積層板の層
の長さ寸法を順次変えることによって形成される。内側
脚鉄積層体の層もまた順次変わる長さを持ち、かつ段を
付けた模様で内側脚鉄積層体の相隣る層の端をずらせる
ように、各層の中点が一線に配置されている。脚鉄及び
継鉄積層板の長さを順次変えることの組合せが、脚鉄積
層体と継鉄積層体との交叉によって磁気鉄心の内側隅に
形成される空隙が、その層の各組において脚鉄と継鉄と
の間で均等に分布されているようなステップラップ継ぎ
を持った磁気鉄心の構成されることを可能にする。

この結果、内側脚鉄に関して対称な鉄心が得られ、これ
は従来構造の鉄心より低い鉄心損を持つものとなる。こ
の発明の種々の特色、利点、及び附加的の用途は添附図
面に関する以下の詳細な記載によって、更に明かになる
であろう。

第１図はこの発明の原理によって構成された磁気鉄心１
２を示している。

３相用磁気鉄心が図示されているが、この発明の原理は
単相鉄心、多相鉄心にも同様に適用でき、また内鉄型、
又は外鉄型のどちらにも同様に用いうるのが理解できる
であろう。

更に詳細に述べると、磁気鉄Ｄ１２は第１及び第２外側
脚鉄１４，１６との内側脚鉄１８と、上及び下総鉄２０
，２２を具えている。

鉄心１２は積重ね型で、各脚鉄、継鉄は方向性けし、素
鋼板のような適宜な磁性材料で形成された多数の金属層
を積重ねて構成され、けし、素鋼板は特定の応用に応じ
て予定した幅及び厚さを持っている。各脚鉄及び継鉄は
、実質的に梯形の外側脚鉄板及び継鉄板ができるように
矛定した位置で鉄鋼板を斜めに切断する鞠断作業によっ
て形成され、斜めに切った端が梯形の平行でない辺を形
成し、板の側縁が梯形の平行な辺を形成する。鉄心１２
はこのようにして、脚鉄板と継鉄板の端を突き合せて接
合部とした積層板の多数の層を含むことになり、接合部
は磁束に対し最少の磁気抵抗を現わすものである。以下
の記載において、鉄心１２の各層は磁性材料の１つの積
層板からなるものとして図示し説明される。

しかし、“層”と言う語は同じ寸法にした積層板を多数
重ねたものを意味する。それ故、例えば第２図の層３４
は同じ長さ及び同じ幅の板をその端及び側緑が一致する
ように重ねた２枚の積層板からなってもよい。鉄心１２
は各脚鉄と継鉄との間にステップラップ継ぎが行われて
いて、この接合では同様に位置して接合部が予定したパ
ターンで層から層へ互に順次ずらされている。

外側脚鉄１４，１６と上下継鉄２０，２２との接合は他
の角度も使用できるが、鉄心の側面と４５０の角度の留
め継ぎがよく、予定したステップラップパターンで留め
継ぎ接合部を層から層にずらせてある。パターンは一方
向にだけ順次ずらされる段にされ、パターンが繰返され
るように次いで出発点に戻るようにされるか、又はもし
必要なら両方向へ段を付けてもよい。第１及び第２は６
層からなるステップラップパターンを示し、このパター
ンは一方向に段付けされ、同じ方向への段付けを繰返す
ように、相隣る６層は始点に戻っている。ステップパタ
ーンに関して“繰返し”と言う語の使用は以下では前記
したパターンの双方を含めた意味で用いる。図示された
ステップラップパターンは６層からなるけれども、所望
に応じ、同一方向により多くの段が使用できる。積層板
の３段以上の層が使用されるとき、効率及び騒音の見地
から、よりよい結果の得られることが見出された。それ
故、段の増分として４．８肋（３′１０インチ）がほぼ
最良と認められる。より小さい鉄心には３．２脚（１／
８）が使用され得、他方大きな鉄心には６．４肌（１／
４）の増分も使用しうる。鉄心１２の内側脚鉄１８の積
層板もまた、より高い鉄心損を伴なう直角援合を避ける
ために、留め継ぎすなわち斜め継ぎで隣接する継鉄積層
体と衝合している。

それで、内側脚鉄積層板の各端は典型的に二等辺三角形
の形状を持っている。内側脚鉄積層体と継鉄積層体との
間のステップラップ継ぎは、継鉄積層板のＶ形切欠きの
深さを一層から次層へ順次に変えていくことによって形
成される。鉄心１２は磁性積層板の多数の群を積重ねる
ことによって形成され、各群が６層の積層板を具えてい
る。

第１図にはその１群だけが示され、鉄０１２の脚鉄１４
，１６，１８、継鉄２０，２２として示されている。鉄
心１２の脚鉄及び継鉄を形成している各層の積層板は各
群内において順次その長さが変えられている。積層板を
積重ねた群内において各板の６つの平行側緑は一致した
関係にあり、かつ脚鉄１４，１６，１８の中点が中心線
２８上に一致し、継鉄２０，２２の中点が中心線３０上
に一致しているように板の中点が一線になっていて、板
はその長さの順に重ねられている。換言すれば、最短の
板が各群の片側に位置し、最長の板が他側に置かれ、こ
れらの２枚の板の間の層が最短のものから最長のものに
向って順次その長さを増大している。このような態様で
、各群内で、外板層の端は段を付けたパターンで隣接す
る層の端からずれている。各群内の各層の長さが鉄心１
２の隣鉄と継鉄との間のそれらが衝合された時の重なり
合いの量を決定する。第２図は鉄心１２の上継鉄２０を
形成している積層板の層の１つの群４４の側面図である
。

群４４は積層板の６つの層３２，３４，３６，３８，４
０，４２を具え、それらは最長の板の層３２から最短の
板による層４２まで、第１図で見て水平方向に次第にそ
の長さが変わっていて、第１図は内鉄型鉄心についての
通常の組立位置である。各板の層３２，３４，３６，３
８，４０，４２の中央点は中心線３川こ関して一線にさ
れていて、これは各層の両端を層毎に隣の層からずらし
た関係にする。第１及び２図において、ずれた量は積層
体の全長に対して故意に拡大して示されていて、これは
この発明を明瞭にするためである。それ故、層３２の両
端４６，４８は符号５４で示す予定した量だけ隣接層３
４の両端５０，５２からずらされすなわち端を超えて延
長され、この予定量５４が先に延べたように脚鉄と継鉄
とが接合された時隣接層間の重なり合の量を決定する。
群４４の残余の層もまた隣接層の端から予定量５４だけ
ずれている。この段付き模様（パターン）は継鉄積層体
の相次ぐ群において始点に戻ることによって繰返され、
この場合、層３２と同じ長さを持った次の群内の層が層
４２に隣接して置かれることになり、あるいは逆方向の
場合は次の群の層のうち層４２と同じ長さを持った層が
層４２と隣接して置かれる。

総鉄２０の層の群４４内の各層３２，３４，３６，３８
，４０，４２の板は更に実質的にＶ形の切欠き５６，５
８，６０，６２，６４を各層板の中心線３０で示すよう
な中点を中心にして具えていて、鉄心１２の内側脚鉄１
８とステップラップ継ぎを形成する。

内側脚鉄１８を形成している層板の群の板は各群毎にそ
の板の長さが順次変っているから、上継鉄２０の各層３
２，３４，３６，３８，４０，４２の切欠き深丸ま、下
総鉄２２の相対応する層の切欠きの深さも同様に、内側
脚鉄１８上、下継鉄２０，２２との間にいわゆるステッ
プラップ継ぎを形成するように、順次変えられている。
この発明の原理によると、上継鉄２０及び下継鉄２２は
上記したように、同等に形成される。

同様に脚鉄１４，１６，１８も積層板の層を積重ねて形
成され、層板はそれぞれの平行側縁を一線上に置いてい
る。脚鉄１４，１６，１８を形成する層の群内で各層は
最短のものから最長のものへとその長さが順次変ってい
る。各層の中点は第１図に中心線２８で示されているよ
う一線上に置かれ、この結果各層の端は隣接する層の端
から段模様を形成するように順にずれている。それらの
端でステップラップ継ぎをステップラップ継ぎを形成す
るために脚鉄１４，１６，１８の各群における層の長さ
は、継鉄２０，２２の各群における層の長さと反対に変
化している。

すなわち、継鉄２０，２２内の層は各群において第１図
で見て下から上に進むにつれて、順次その長さを減じて
おり、他方脚鉄１４，１６，１８の各群内の層は下から
上に向って順次その長さを増している。鉄心１２を構成
するに、層板を予め重ねてバンドで一緒に束ねることに
よって層を重ねてできた群を多数積重ねて接合される脚
鉄１４，１６，１８が適宜な固定臭内に置かれる。

積層体の各層は円形孔７川こよって所要の段付の配置に
維持されるが、孔は各層板を貫通して延長していて、孔
が一致すると、１４，１６，１８の各層の端によって所
要の段付形状が形成されるようになる。次いで下継鉄２
２が、１回に少くとも１群が挿入され、脚鉄１４，１６
，１８の下端緑に接するように突き当てられる。内鉄型
の構造では、次いでこの組立体が直立状態すなわち垂直
位置に置かれ、上継鉄２０が脚鉄１４，１６，１８の上
端縁と衝合するように挿入される以前に脚鉄のまわりに
巻線が紐付けられる。外鉄型の構造では、鉄０が巻線の
まわりに積重ねられるから、上及び下継鉄双方の組立は
第１図に示す水平の位置のままで行われる。内鉄型又は
外鉄型のどちらの構造でも、上及び下継鉄２０，２２の
各層群が脚鉄１４，１６，１８の層群の対応する端緑に
突き当てられて、第１図に下継鉄２２と各継鉄１４，１
６，１８との間に示されている接合部８０，８２，８４
のようなステップラップ継ぎが形成される。同様の接合
部が上継鉄２０と各脚鉄１４，１６，１８との間にも形
成される。第１図に示すように、鉄心１２の内側隅８６
，８８，９０，９２において、それぞれの脚鉄及び継鉄
の接合された端の間に、小空隙が形成される。各層板を
ダィ切断作業によって必要な複雑な形状に形成すれば、
空隙を無くすことができるけれども、そのような方法は
高価でありかつ時間も掛る。この発明によって構成され
る鉄心は安価な梨断作業で積層板を形成することを可能
にし、かつ各層群内で接合部における空隙の体積を最小
にし、分布を均等にすることによって、鉄損及び騒音高
さを減じ従来技術によるステップラップ継ぎの鉄心より
低くしている。胸鉄及び継鉄の積層板の交叉によって、
第１図の内側隅８６，８８，９０，９２に形成される空
隙が各層群の脚鉄及び継鉄間に均等に分布されるように
、胸鉄と縦鉄の層板をそれらの斜めに切った端に関して
予定した位置に置くことによって、対称的な接合が達成
される。それで、第１図に示す鉄心において、内側隅８
６で脚鉄１４と継鉄２２の下側の３つの層の接合端によ
って形成される空隙は接合部８０を通る斜めの中心線８
１の左側に位置し、かつ全部が脚鉄１４を形成している
層内に位置するようになる。同様に、内側隅８６で脚鉄
１４と継鉄２２の上側の３つの層の接合端の間に形成さ
れる空隙は鉄心１２の継鉄２２内に位置する。各層群内
で空隙は脚鉄及び継鉄間の接合の両側に均等に分布され
、対称的な接合を与え、順次長さの変わる板で脚鉄及び
継鉄間にステップラップ継ぎを行っている従来技術によ
る鉄心より低い水準にまで鉄損を減じている。更に詳細
に述べれば、上記したように構成した鉄心１２は、層板
がその中点で順次ずらされてる従来技術のステップラッ
プ継ぎ鉄心より約１２％少ない破壊係数を持っている。

更に、継鉄及び外側脚鉄の積層板の緑は、空隙体積を最
少にするために従来技術により鉄′○構造で用いられて
いた高価なダィ切断作業の代わりに安価な繋断作業によ
って所要の形に切断しうる。第３図はこの発明の他の実
施例である鉄心１００を示している。

鉄心１００は外側脚鉄１０２，１０４、内側脚鉄１０６
、上継鉄１０８及び下継鉄１１０からなっている。これ
らの脚鉄１０２，１０４，１０６及び継鉄１０８，１１
川ま第１図に示したものと同等に構成され、ステップラ
ップ継ぎを形成するように、隣の層の端から順次ずらせ
るように端を置いた順次長さの異なる板の層を具えてい
る。第３図に示すように、上継鉄１０８及び下継鉄１１
０は上継鉄１０８の継鉄片１１２，１１４、及び下継鉄
１１０の継鉄片１１６，１１８のようにそれぞれ２つの
継鉄片で形成され、２つの片は個々の継鉄を構成するよ
うに突し合わされている。この構造は大電力変圧器につ
いて有利であり、それは大変圧器では単一片で継鉄を構
成したら、鉄心の組立中に取り扱うのに大き過ぎて不便
だからである。第１図に示しかつ先に記載した上及び下
継鉄のように、上継鉄１０８の継鉄片１１２，１１４の
ような継鉄の各層を構成する個々の片は鉄心１００の外
側脚鉄１０２，１０４と所要のステップラップ継ぎを形
成するように、隣接する層の相応する端から順次ずれた
端を持つように層毎に次第に変る長さを有している。要
約するに、この発明において、新規で改良された積重ね
型の鉄心機造が明かにされている。磁気鉄心は接合され
た胸鉄と継鉄との間にステップラップ継ぎが行われ、ス
テップラップ継ぎは、脚鉄と継鉄とで各層群内での積層
板からなるの長さ寸法を反対方向に順次変えることによ
って形成される。内側脚鉄の各群内の層はステップラッ
プ形状を形成するように、相隣る層の対応する端から順
次ずらせた端を持つように長さが変化されている。長さ
の異なる脚鉄板と継鉄板とを粗合せることは鉄心椿韓造
体内に内側脚鉄に関して対称なステップラップ継ぎを持
った鉄心を得る結果となる。更に鉄心の上及び下継鉄と
脚鉄の突き合わせた端の間の空隙が各層群内で鉄心の外
隅において脚鉄と継鉄との間で対称に分布され、これは
ステップラップ継ぎを持った従来技術の鉄心より低い鉄
損を持った銑０を与える。特に、ここに記載した鉄心構
造体内の空隙体積は脚鉄及び継鉄間の各接合部の両側で
各層群内において対称に分布されていて、その結果等し
くない長さの脚鉄板及び継鉄板を持った鉄心でその鉄心
内で空隙が数個の層群の間で不均等に分布しているよう
な従釆技術の鉄心よりも低い鉄損を持つことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理によって構成した磁気鉄０の一
部を分解して示した正面図、第２図は第１図に示した磁
気鉄心の上継鉄の積重ねた積層板を示す平面図、第３図
はこの発明の鉄心の他の実施例を示す正面図である。 １２・・・・・・磁気鉄心、１４，１６・・・・・・外
側脚鉄、１８・・・・・・内側脚鉄、２０・・・・・・
上継鉄、２２・・・・・・下継鉄、２４，２６・・…・
窓、２８，３０……中心線、３２，３４，３６，３８，
４０，４２・・・・・・積層板、４４・・・・・・層群
、４６，４８，５０，５２・・・…端、５４……予定量
、５６，５８，６０，６２，６４，６６・…“Ｖ形切欠
き、７０…・・・円形孔、８１・・・・・・斜めの中心
線、８０，８２，８４・・・・・・接合部、８６，８８
，９０，９２・・・・・・内側隅、１００…・・・鉄心
、１０２，１０４・…・・外側脚鉄、１０６…・・・内
側脚鉄、１０８・・・・・・上継鉄、１１０…・・・下
継鉄、１ １２，１ １４，１ １６，１１８・・・・
・・継鉄片。 ＦＩＧ．ｌ． ＦＩＧ．２． ＦＩＧ．３．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属積層板の層を多数積み重ね各群が多数の層を含
   む層の群を備え、前記層は各々が第１及び第２端を持つ
   第１及び第２外側脚鉄板と内側脚鉄板と第１及び第２継
   鉄板とを有して外側脚鉄板及び内側脚鉄板を継鉄板で連
   結しかつ多数の外側及び内側隅を持つ鉄心を形成し、前
   記脚鉄板及び継鉄板はそれらの接合される端の間に斜め
   の接合部を有して閉じた磁気回路を与えるように斜めに
   切つた端を有する磁気鉄心に於いて、、前記外側脚鉄板
   、内側脚鉄板及び継鉄板の長さ寸法は各群内で層から層
   へ順次反対方向に異なつているが、それらの層の中点は
   一致していて前記斜めに切つた端が一方向へ少なくとも
   ３段進む段模様をなすように層から層へずれるようにさ
   れ、前記脚鉄板及び継鉄板の相対的位置は、前記脚鉄板
   と前記継鉄板の交叉によつて前記内側隅に形成される空
   隙が各群内の脚鉄と継鉄との間に等に分割されるように
   選定されていることを特徴とする磁気鉄心。 ２ 少なくとも前記第１及び第２継鉄板の各層が突き合
   わせ関係に位置する第１及び第２継鉄板で形成され、前
   記第１及び第２継鉄板の長さ寸法は層から層へ順次変わ
   るがそれらの中点は一致していて、前記第１及び第２継
   鉄板の端が少なくとも３段進む予定した段付模様を形成
   するように層から層へずれている特許請求の範囲第１項
   記載の磁気鉄心。