JPS641923B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、外鉄形鉄心積層に関し、特に変圧
器用の外鉄形鉄心積層に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、外鉄形鉄心用として、Ｅ１形鉄心層が
広範囲に使用されている。EI形鉄心積層は、Ｅ
字状部材と同一材料からＩ字状部材が得られるの
で、無駄が無く、経済的に製造出来るという利点
がある。このような、EI形鉄心積層に関しては、
例えば、米国特許第3546571号に開示されている。

一般に、外鉄形変圧器は、鉄心積層と中心脚鉄
に巻かれた巻線（銅線）で構成されている。従来
のEI形鉄心積層の場合、磁束路の幅は、いずれ
の箇所においても同じである。すなわち、外側脚
鉄の各幅、一体ヨークの幅、分離ヨークの幅およ
び中心脚鉄の半幅は全て同じである。（中心脚鉄
幅は、２つの磁束路、すなわち右側磁気回路の磁
束路と左側磁気回路の磁束路を有しているので、
外側脚鉄、一体ヨーク、および分離ヨークの各幅
の２倍である。） 又、従来のEI形鉄心積層では、各層でのＥ字
状部材およびＩ字状部材の配列を逆にして複数積
層した場合、Ｅ字状部材の外側脚鉄の端部と、Ｉ
字状部材の側縁との継ぎ目は窓の端面に一致して
配列されている。すなわち、各鉄心層でのＥ字状
部材およびＩ字状部材の配列においては、前記各
鉄心層により形成される一対の窓が、隣接する鉄
心層の対応する一対の窓に対し、鉄心層の重ね合
せ面で見て対称に配置されている。

これらの継目は常に小さな空隙を有している。
従つて各層でのＥ字状部材及びＩ字状部材の配列
を逆にして複数積層した鉄心の窓の端部では、磁
気抵抗の低い鉄心は１枚おきにしか存在せず、鉄
心の有効な断面は他の部分の半分しか無いことに
なる。

空間の透磁率は１であり、鉄心材料に比べて桁
違いに磁気低抗が高い。この結果、継目部分の磁
束の流れは、継目を避けて隣接層を通過しようと
する。従つて、継目に隣接した鉄心層の磁束密度
は、他の場所の２倍になる。言替えれば、継目の
隣接層には、２層分の磁束が集中するので、積層
鉄心全体から見ると、この部分は他の部分の半分
の磁束密度で飽和してしまうという欠点があつ
た。

このため、従来の外鉄形変圧器の磁化曲線は、
第４図に示すようにその材料が有する磁気飽和値
のおよそ半分の値の付近に屈折点を生じ、磁化電
流と磁気漏れが増大するという欠点があつた。

その他の変圧器用鉄心としては、それぞれ異な
る鋼板によりなる上部ヨークおよび下部ヨークを
連結するリムとを包含し、これらヨークの鋼板と
リムの鋼板との接合部をひとつおきの層毎に同じ
位置になるようにかつ上下部ヨークの外側端部が
揃つた端面を成すように積層してなる積層鉄心が
ある（例えば実開昭47−25706）。第５図におい
て、１１、１２および２１はヨークであり、１１
および２２は幅の広い鋼板で形成され、２１は幅
の狭い鋼板で形成されている。３７，３８，３９
は上部ヨーク１１および下部ヨーク２１を連結す
るリムである。

しかし、この鉄心の場合には、各層において上
下にそれぞれ３つずつ合計６つの継目が出来てし
まう。このうち継目４４，４６，５４，５５，５
６については、幅広のヨークに覆われることによ
り、ヨーク部内に形成されるが、継目４１，４
２，４３，５４，５５，５６については第５図に
示すようにリム３７，３８，３９により覆われる
ため、脚鉄部内に継目が形成されてしまう。この
ため、第５図に示す積層鉄心は第４図に示す従来
の直流磁化曲線同様屈折点を生じる。

［発明の目的］ の発明の目的は、外側脚鉄および一体ヨークの
磁気抵抗を減少することにより、磁気回路の磁気
抵抗を改善し、更に継目により生じる磁束路の局
部的な飽和を改善することにより、変圧器の効率
を増大し、磁気漏れを減少し、磁化電流を減少す
ることのできる、外鉄形鉄心積層を提供すること
である。

［発明の慨要］ この発明の外鉄形鉄心積層によれば、一体ヨー
ク、中心脚鉄、並びに、前記中心脚鉄と平行かつ
一定距離離間した第１および第２外側脚鉄からな
るＥ字状部材と、分離ヨークとして作用し、前記
Ｅ字状部材と同一材料から得られるＩ字状部材と
を有し、前記Ｅ字状部材およびＩ字状部材を、前
記第１及び第２外側脚鉄の端部、および前記中心
脚鉄の端部が前記Ｉ字状部材の側縁との間に継目
を有するように配列して１つの鉄心層を形成し、
この単一層を各層でのＥ字状部材およびＩ字状部
材の配列を逆にして複数積層する。この場合、一
体ヨークの幅Ｃ１が分離ヨークＣ２の幅Ｃ２より
大きく、これにより各鉄心層でのＥ字状部材およ
びＩ字状部材の配列においては、各鉄心層によに
形成される一対の窓が、隣接する鉄心層の対応す
る一対の窓に対し、鉄心層の重ね合せ面で見て非
対称に配置される（脚鉄の長手方向にずれて配置
される）。このため、分離ヨークが隣接する一体
ヨーク間において、これら一体ヨークの幅内に収
まる様に包み込まれ、かつ一体ヨークの幅Ｃ１が
中心脚鉄の幅ｆの1/2よりも大きく（Ｃ１＞ｆ／
２）、さらに第１および第２外側脚鉄の幅ｂが中
心脚鉄の幅ｆの1/2より大きい（ｂ＞ｆ／２）。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。

第１図は外鉄形変圧器のEI形鉄心積層を示す。
このEI形鉄心積層はＥ字状部材ＡおよびＩ字状
部材Ｂとで構成される。Ｅ字状部材Ａは一体ヨー
ク５、中心脚鉄１、および中心脚鉄１に対し平行
かつ一定距離離間した外側脚鉄２，３とで構成さ
れる。Ｉ字状部材Ｂは分離ヨーク４を形成してい
る。Ｅ字状部材Ａ及びＩ字状部材Ｂを、第１及び
第２外側脚鉄２，３の端部、および中心脚鉄の端
部がＩ字状部材Ｂの側縁との間に継目８を有する
ように配列して１つの鉄心層を形成する。この実
施例の鉄心層では、縦、横の長さａが等しくなる
ように構成されているが、必ずしも等しくする必
要はない。

中心脚鉄１と外側脚鉄２，３間の距離、すなわ
ち窓部１０，１１の幅ｈは分離ヨークの幅Ｃ２と
等しいかそれよりも大きい。これはＥ字状部材Ｂ
（分離ヨーク４）を形成するからであり、打ち抜
いた時のＥ字状部材の切削損失を最小に押える様
に構成されている。打抜きは、２枚の鋼板を同時
に打ち抜き、Ｅ字状部材Ａを形成するが、２つの
鋼板を対向させて打抜くので同じ長さのＩ字状部
材Ｂ（分離ヨーク４）が得られる。

Ｅ字状部材Ａの一体ヨーク５は、中心脚鉄１お
よび第１、第２外側脚鉄２，３と継目無しに三体
形成されている。一体ヨーク５の幅Ｃ１は分離ヨ
ーク４の幅Ｃ２よりも大きくなるように形成され
ている。

第１、第２外側脚鉄２，３の各幅ｂは中心脚鉄
１幅ｆの1/2よりも大きくなるように形成されて
いる。第１、第２外側脚鉄幅ｂは中心脚鉄ｆの1/
２の1.2倍乃至1.3倍であることが望ましい。又、
一体ヨーク５の幅Ｃ１と分離ヨーク４の幅Ｃ２の
合計が中心脚鉄１の幅ｆの1.3倍乃至1.4倍である
ことが望ましい。Ｅ字状部材ＡおよびＩ字状部材
Ｂを、第１および第２外側脚鉄２，３の端部、お
よび中心脚鉄１の端部がＩ字状部材Ｂとの間に継
目８を有するように配列して１つの鉄心層を形成
する。各鉄心層を重ね合せた際に形成される１対
の窓の内部長ekは各鉄心層に於ける１対の窓の
長さｅよりも、一体ヨーク５幅Ｃ１と分離ヨーク
４幅Ｃ２の差分（Ｃ１−Ｃ２）だけ短い。このた
め、各鉄心層でのＥ字状部材およびＩ字状部材の
配列においては、各鉄心層により形成される一対
の窓１０，１１が隣接する鉄心層の対応する一対
の窓に対し鉄心層の重ね合せの面で見て非対称
（脚鉄２，３の長手方向にずれている）に配置さ
れている。従つて、窓１０，１１は横軸６に対し
て非対称になる。

上述の如く、一体ヨーク５の幅Ｃ１は、中心脚
鉄１の半幅（ｆ／２）よりも大きくなるように形
成されているので、外側脚鉄の断面積が大きくな
る。この結果、外側脚鉄の磁気抵抗を減少するこ
とができる。

又通常、中心脚鉄１、分離ヨーク４は磁化容易
方向を向くように打ち抜かれるが、一体ヨーク５
はこの磁化容易方向に直角な方向を向いている。
このため一体ヨーク５の磁気抵抗は分離ヨークの
それより高くなる。従つて一体ヨーク５の幅Ｃ１
を分離ヨークの幅Ｃ２よりも大きくすることによ
りその高くなつた磁気抵抗分を補償することが出
来る。

この発明の外鉄形鉄心積層によれば、外側脚鉄
幅が中心脚鉄幅の1/21よりも大きいので、外側脚
鉄端部と分離ヨーク間との継目は、同出力の従来
の変圧器に使用される鉄心積層に比べて広くな
る。この結果、これらの継目の磁気抵抗は従来の
外鉄形変圧器に比べて減少する。

又、一般に外鉄形変圧器用鉄心に使用される材
料としては珪素鋼板が用いられている。珪素鋼板
としては、無方向珪素鋼板と方向性珪素鋼板があ
る。

無方向性珪素鋼板は、冷間圧延したもので、等
方性、すなわち結晶が色々な方向に向いているの
で、どの方向に磁界をかけても同じ特性を示す。

それに対し方向性珪素鋼板の場合は、熱間圧延
の後に、２度又は１度の冷間圧延と中間焼き鈍し
の組合せの後、最終焼き鈍しが行われる。この結
果、異方性、すなわち圧延した方向に結晶の向き
が揃うので、圧延と直角方向の特性は無方向性よ
り若干悪くなる。しかしながら圧延方向のＢ−Ｈ
特性は、無方向性珪素鋼板に比べて、飽和領域以
外は著しく改善されることが知られている。この
ことは圧延方向に於ける磁化は、磁気抵抗が低い
ことを意味している。

又、一般に圧延方向は外側脚鉄および中心脚鉄
の長手方向になるように打ち抜かれる。一体ヨー
クの磁束線は圧延方向に対し直行する方向に流れ
るので、一体ヨークの磁束路ににより磁気抵抗が
増大する。この発明では、一体ヨークの幅を増大
することにより磁束線の圧延方向に直行する方向
の流れにより、高くなつた磁気抵抗を減少するこ
とが出来る。

第２図及び第３図に示す外鉄形鉄心は、第１図
に示した鉄心積層を交互に配置したものである。
一体ヨーク５の側縁１２は図示しない巻線と接触
している。逆に、分離ヨーク４の側縁１５はＣ１
−Ｃ２の間隔だけ、巻き線と離間している。又、
窓１０，１１の内部長ekは各鉄心層における窓
の長さｅよりもＣ１−Ｃ２だけ短くなるように構
成されている。

一体ヨークの幅Ｃ１を分離ヨークの幅Ｃ２より
大きくした鉄心層を、各層でのＥ字状部材および
Ｉ字状部材の配列を逆にして複数積層した場合、
継目のある鉄心層の幅が減つているが、継目の無
い鉄心層の幅が増えて、合計の断面積は変わらな
いように設計されている。すなわち、各鉄心層に
より形成される一対の窓１０，１１が、隣接する
鉄心層の対応する１対の窓に対し、鉄心層の重ね
合せの面で見て非対称に配置されて、分離ヨーク
４が一体ヨーク５の幅内に収まるように包み込ま
れる。この場合、継目の位置は従来のEI鉄心の
ように窓の端部に接しているのではなく、ヨーク
の内部にＣ１−Ｃ２だけ平行に移動しているから
磁気回路の断面（磁路に直角な断面）とは一致し
ない。このため継目による影響をなくすことが出
来る。すなわち、継目を越えられない磁束のため
の側路が形成され、従来技術に見られるように継
目の隣接層に２層分の磁束が集中して、半分の磁
束密度で飽和してしまう欠点を除去できる。

この結果、この発明によれば、第４図に示すよ
うに従来の鉄心積層の磁化曲線に生じていた、材
料の磁気飽和値の約半分の値で脚鉄が飽和するた
めに生じる屈折点はない。すなわち材料自身にほ
ぼ近い磁化曲線であり、この磁化曲線には継目に
よる影響は現われない。

又、従来の変圧器の磁気漏れの主たる原因は磁
気抵抗の高い継目を無理に磁束が渡るためであ
る。この発明の鉄心積層では継目位置の改良によ
つて磁気抵抗そのものが低くなつて漏れが少ない
上に隣接するヨーク内に包み込まれているために
外部への影響が防止される。

又、打ち抜きによつて生じる縁部のバリは継目
の空隙を増大させるという悪影響があるが、この
影響を最小に押えることが出来る。

尚、出願人の実験結果では継目を有した分離ヨ
ーク４の幅に比べて、継目無しの一体ヨーク５の
幅を５％増加させると良好な磁気特性および電気
特性が得られ、10％増加するとさらに良好な結果
が得られ、20％増加では最も良い結果が得られ
た。

又、出願人は第５図に示す従来の積層鉄心と本
願のそれとの励磁VA曲線を測定した。その結果
を第６図に示す。第６図から明らかなように励磁
が同じ場合、本願の積層鉄心のほうが第５図に示
す積層鉄心のそれよりも磁束密度が大きいことが
わかる。この結果、本願の方が第５図に示す積層
鉄心に比べて磁気抵抗が小さく、従つて、例えば
本願の積層鉄心と第５図の積層鉄心と用いて同出
力の変圧器を製造した場合、本願の積層鉄心を用
いた場合の方が変圧器のサイズを小さく出来る。

巻線を挿入後、Ｅ字状部材ＡとＩ字状部材Ｂは
セメントで固定するか、かすがい等で締付けるか
若しくは溶接する。この様な処理は製造工程が電
気的特性に優先する場合に有効である。

［発明の効果］ 以上述べた如く、この発明の外鉄形鉄心積層に
よれば、Ｅ字状部材およびＩ字状部材を、第１及
び第２外側脚鉄端部、および中心脚鉄の端部がＩ
字状部材の側縁との間に継目を有するように配列
して１つの鉄心層を形成し、この単一層を各層で
のＥ字状部材及びＩ字状部材の配列を逆にして複
数積層した外鉄形鉄心積層において、一体ヨーク
の幅Ｃ１は分離ヨークの幅Ｃ２より大きい。従つ
て、各鉄心層でのＥ字状部材およびＩ字状部材の
配列においては、各鉄心層により形成される窓
が、隣接する鉄心層の対応する窓に対し、鉄心層
の重ね合せ面で見て非対称に配置されて、分離ヨ
ークが隣接する一体ヨーク間に於いて、これら一
体ヨークの幅内に収まるように包み込まれる。従
つてＥ字状部材とＩ字状部材との継目により生じ
る磁束路の局部的な飽和を除去し、巻線の軸方向
の磁気漏れを減少し、磁気抵抗及び磁化伝流を減
少することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すEI形鉄心
積層の平面図、第２図は交互に積層されたEI形
鉄心積層で構成された外鉄形鉄心の平面図、第３
図は第２図の外鉄形鉄心を矢印方向から見た外
鉄形鉄心を示した側面図、第４図は本願の積層鉄
心および従来の積層鉄心の直流磁化特性図及びダ
イナミツク実効磁化誘導ヒステリシスカーブ、第
５図は従来の積層鉄心の一例を示す平面図、およ
び第６図は本願と第５図に示す従来の積層鉄心の
励磁VA曲線を示す特性図である。 １……中心脚鉄、２，３……外側脚鉄、４……
分離ヨーク、５……一体ヨーク、６……横軸、８
……継目、９……縦軸、１０，１１……窓部、１
２……一体ヨーク５の側縁、１５……分離ヨーク
４の側縁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一体ヨーク、中心脚鉄、並びに、前記中心脚
   鉄と平行かつ一定距離離間した第１および第２外
   側脚鉄からなるＥ字状部材と、分離ヨークとして
   作用し、前記Ｅ字状部材と同一材料から得られる
   Ｉ字状部材とを有し、前記Ｅ字状部材及びＩ字状
   部材を、前記第１及び第２外側脚鉄の端部、およ
   び前記中心脚鉄の端部が前記Ｉ字状部材の側縁と
   の間に継目８を有するように配列して１つの鉄心
   層を形成し、この単一層を各層でのＥ字状部材及
   びＩ字状部材の配列を逆にして複数積層した外鉄
   形鉄心積層に於いて、 前記一体ヨークの幅Ｃ１が前記分離ヨークの幅
   Ｃ２よりも大きく（Ｃ１＞Ｃ２）、これにより各
   鉄心層でのＥ字状部材及びＩ字状部材の配列にお
   いては、前記各鉄心層により形成される一対の窓
   が、隣接する鉄心層の対応する一対の窓に対し、
   鉄心層の重ね合せ面で見て非対称に配置されて、
   前記分離ヨークが隣接する一体ヨーク間におい
   て、これら一体ヨークの幅内に収まるように包み
   込まれ、かつ前記一体ヨークの幅Ｃ１が前記中心
   脚鉄の幅ｆの1/2よりも大きく（Ｃ１＞ｆ／２）、
   さらに前記第１および第２外側脚鉄の幅ｂが前記
   中心脚鉄の幅ｆの1/2より大きい（ｂ＞ｆ／２）
   ことを特徴とする外鉄形鉄心積層。 ２ 前記一体ヨークの幅Ｃ１は前記分離ヨークの
   幅Ｃ２よりも少なくとも５％大きいことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の外鉄形鉄心積
   層。 ３ 前記一体ヨークの幅および分離ヨークの幅の
   合計（Ｃ１＋Ｃ２）は前記中心脚鉄の幅ｆの少な
   くとも1.3倍であり、最大1.4倍であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第２項のいずれ
   かに記載の外鉄形鉄心積層。 ４ 前記第１および第２外側脚鉄の幅ｂは前記中
   心脚鉄幅ｆの1/2の少なくとも1.2倍であり、最大
   1.3倍であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第３項のいずれかに記載の外鉄形鉄心積
   層。 ５ 前記第１および第２窓部の幅ｈは前記分離ヨ
   ークの幅Ｃ２に少なくとも等しい（ｈ＞Ｃ２）こ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項
   のいずれかに記載の外鉄形鉄心積層。 ６ 前記分離ヨークの幅Ｃ２は前記中心脚鉄の幅
   ｆの少なくとも1/2（Ｃ２＞ｆ／２）であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項の
   いずれかに記載の外鉄形鉄心積層。 ７ 前記各鉄心層を重ね合せた際に形成される１
   対の窓の内部長ekは前記各鉄心層における一対
   の窓の長さｅよりも、前記一体ヨーク幅と分離ヨ
   ーク幅の差分（Ｃ１−Ｃ２）だけ短いことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれ
   かに記載の外鉄形鉄心積層。