(57)【要約】【課題】縦部材及び横部材を組み合わせて構成した鉄心に発生する回転磁界を従来よりも低減できるようにする。【解決手段】縦部材１１ａ〜１１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心１０の奥行方向となるようにすると共に、横部材１２ａ〜１２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心１０の高さ方向となるようにする。また、中央の縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの奥行方向における境界面１３が３つの平面で構成されるようにする。このようにすることにより、当該境界面１３における回転磁界の発生を従来よりも抑制することができる。【選択図】図１
2010258365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力機器に使用される電力機器用鉄心であって、
複数の鋼板をその厚み方向に積み重ねることにより構成され、前記電力機器用鉄心の幅方向に延在する複数の横部材と、
複数の鋼板をその厚み方向に積み重ねることにより構成され、互いに対向する位置にある前記横部材の間において、当該横部材と磁気的に結合するように前記電力機器用鉄心の高さ方向に延在する複数の縦部材とを有し、
前記複数の縦部材の少なくとも１つは、前記電力機器用鉄心の幅方向における央部において、前記横部材と磁気的に結合するように前記電力機器用鉄心の高さ方向に延在し、
前記電力機器用鉄心の幅方向における央部において前記横部材と磁気的に結合するように前記電力機器用鉄心の高さ方向に延在している前記縦部材と、当該横部材との境界面における方向性電磁鋼板の積層方向は、当該縦部材と当該横部材とで異なっており、
前記電力機器用鉄心の奥行方向における前記縦部材及び前記横部材の前記境界面が、複数の平面、１以上の曲面、及び平面と曲面とを組み合わせた複数の面の何れかによって構成されるか、又は、前記電力機器用鉄心の奥行方向における前記縦部材及び前記横部材の前記境界面が１以上の平面によって構成され、且つ、当該平面の少なくとも１つの面方向が、前記電力機器用鉄心の幅方向に対して平行でも垂直でもない方向であることを特徴とする電力機器用鉄心。
【請求項２】
前記縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向は、前記電力機器用鉄心の奥行方向であり、
前記横部材における方向性電磁鋼板の積層方向は、前記電力機器用鉄心の高さ方向であり、
前記電力機器用鉄心の幅方向における央部において前記縦部材と前記横部材とが組み合わさることにより形成されるＴ字状のコーナ部において、前記横部材の板幅方向の端部に、前記縦部材の一部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力機器用鉄心。
【請求項３】
前記縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向は、前記電力機器用鉄心の幅方向であり、
前記横部材における方向性電磁鋼板の積層方向は、前記電力機器用鉄心の奥行方向であり、
前記電力機器用鉄心の奥行方向における前記縦部材及び前記横部材の前記境界面は、前記横部材の内周面から前記横部材の高さ方向の央部まで存在していることを特徴とする請求項１に記載の電力機器用鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力機器用鉄心に関し、特に、縦部材と横部材とを組み合わせて構成される電力機器用鉄心に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、変圧器等の電力機器に使用される鉄心として、方向性電磁鋼板（ＧＯ材）を積層させたものが用いられている。方向性電磁鋼板は特定の方向の磁気特性（透磁率等）が優れている。この性質を利用して、鉄心の脚の部分に対応する縦部材と、当該縦部材と共に閉磁路を形成するように当該縦部材と磁気的に結合される横部材とを、それぞれ長手方向が磁化容易軸方向となっている方向性電磁鋼板を積層させて構成し、これら縦部材と横部材とを組み合わせて鉄心を構成することが行われている。
【０００３】
そして、特許文献１では、このような鉄心において、更に、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が鉄心の奥行方向（又は鉄心の幅方向）、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が鉄心の高さ方向（又は鉄心の奥行方向）となるようにすることが開示されている。更に、特許文献１では、鉄心の中央部分の縦部材と横部材との境界線の交点を鉄心の外周よりも外側に位置させることも開示されている。このようにすることによって、縦部材と横部材との境界部において回転磁界が発生することを抑制することができ、これにより、鉄損を低減することができると共に、鉄心の唸り（鉄心を構成する電磁鋼板が振動することによって生じる騒音）を低減することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５６９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように回転磁界の多くは、縦部材と横部材との境界部で発生する。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、この縦部材と横部材との境界面についての具体的な検討はなされていない。このため、必ずしも回転磁界を抑制するための最適な形状であるとは言えなかった。回転磁界の発生は、鉄心の損失である鉄損を増大させ、電力機器としての効率を悪化させる。さらに、特許文献１に記載の技術では、鉄損の積層方向を変えたために、漏れ磁場が多くなるという懸念がある。漏れ磁場が増えると、銅損が増え、効率が悪くだけではなく、力率も悪くなり、電源容量の増大を招く。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、縦部材及び横部材を組み合わせて構成した鉄心に発生する回転磁界を従来よりも低減できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力機器用鉄心は、電力機器に使用される電力機器用鉄心であって、複数の鋼板をその厚み方向に積み重ねることにより構成され、前記電力機器用鉄心の幅方向に延在する複数の横部材と、複数の鋼板をその厚み方向に積み重ねることにより構成され、互いに対向する位置にある前記横部材の間において、当該横部材と磁気的に結合するように前記電力機器用鉄心の高さ方向に延在する複数の縦部材とを有し、前記複数の縦部材の少なくとも１つは、前記電力機器用鉄心の幅方向における央部において、前記横部材と磁気的に結合するように前記電力機器用鉄心の高さ方向に延在し、前記電力機器用鉄心の幅方向における央部において前記横部材と磁気的に結合するように前記電力機器用鉄心の高さ方向に延在している前記縦部材と、当該横部材との境界面における方向性電磁鋼板の積層方向は、当該縦部材と当該横部材とで異なっており、前記電力機器用鉄心の奥行方向における前記縦部材及び前記横部材の前記境界面が、複数の平面、１以上の曲面、及び平面と曲面とを組み合わせた複数の面の何れかによって構成されるか、又は、前記電力機器用鉄心の奥行方向における前記縦部材及び前記横部材の前記境界面が１以上の平面によって構成され、且つ、当該平面の少なくとも１つの面方向が、前記電力機器用鉄心の幅方向に対して平行でも垂直でもない方向であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、縦部材及び横部材の境界面で発生する回転磁界を従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、電力機器用鉄心の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、縦部材と横部材との境界部分における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示し、電力機器用鉄心の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示し、電力機器用鉄心の構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示し、縦部材と横部材との境界部分における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を示し、電力機器用鉄心の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を示し、電力機器用鉄心の構成の一例を示す図である。
【図８】本発明の第６の実施形態を示し、電力機器用鉄心の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、電力機器用鉄心１０の構成の一例を示す図である。具体的に説明すると、図１（ａ）は、電力機器用鉄心１０の上面図である。図１（ｂ）は、電力機器用鉄心１０の正面図（図１（ａ）のＡ方向から見た図）である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ´方向からみた断面図である。図１（ｄ）は、電力機器用鉄心１０の側面図（図１（ａ）のＣ方向から見た図）である。
【００１１】
図１に示すように電力機器用鉄心１０は、縦部材１１ａ〜１１ｃと、横部材１２ａ〜１２ｄ（ヨーク鉄心）とを有している。
縦部材１１ａ〜１１ｃは、電力機器用鉄心１０の脚に対応し、電力機器用鉄心１０の高さ方向に延在する。横部材１２ａ〜１２ｄ（ヨーク鉄心）は、縦部材１１ａ〜１１ｃと共に閉磁路が形成されるように縦部材１１ａ〜１１ｃと磁気的に結合され、電力機器用鉄心１０の幅方向に延在する。
縦部材１１ａ〜１１ｃと横部材１２ａ〜１２ｄは、それぞれ長手方向が磁化容易軸方向となっている方向性電磁鋼板をその厚み方向に積層させることにより構成される。図１において、縦部材１１ａ〜１１ｃと横部材１２ａ〜１２ｄの中に示している矢印の方向が磁化容易軸方向である。電力機器用鉄心１０は、このような縦部材１１ａ〜１１ｃと横部材１２ａ〜１２ｄとを組み合わせて固定することによって構成される。
【００１２】
本実施形態では、縦部材１１ａ〜１１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心１０の奥行方向となるようにすると共に、横部材１２ａ〜１２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心１０の高さ方向となるようにしている。すなわち、縦部材１１ａ〜１１ｃと横部材１２ａ〜１２ｄとの境界面において、縦部材１１ａ〜１１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向と、横部材１２ａ〜１２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向とのなす角度が略９０［°］になるようにしている。
【００１３】
また、本実施形態では、中央の縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの境界面（すなわち、電力機器用鉄心１０のＴ字状のコーナ部における縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの境界面）が、横部材１２ａ〜１２ｄの高さ方向全体に亘って存在するようにしている。
【００１４】
そして、本実施形態では、中央の縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの奥行方向における境界面（すなわち、電力機器用鉄心１０のＴ字状のコーナ部における縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの奥行方向における境界面）が一面ではなく複数面となるようにしている。具体的に説明すると、図１に示すように、縦部材１１ａと横部材１２ａとの奥行方向における境界面は、３つの平面１３ａ、１３ｂ、１３ｃによって構成される。また、縦部材１１ａと横部材１２ｂとの奥行方向における境界面も、３つの平面１３ｄ、１３ｅ、１３ｆによって構成される。更に、縦部材１１ａと、横部材１２ｃ、１２ｄとの奥行方向における境界面も同様にそれぞれ３つの平面によって構成される。
【００１５】
本願発明者らは、このように縦部材と横部材との奥行方向における境界面を複数の面（ここでは複数の平面）で構成すると、当該境界面を一面としている特許文献１に記載の技術よりも、当該境界面における回転磁界の発生を抑制、及び漏れ磁場を抑制できることを、電磁場解析を行うことによって確認した。尚、回転磁界とは、磁界の向きが一定の周期で楕円状又は円状に変化する磁界であり、その発生があると鉄損を増加させる。また、漏れ磁場があると、変圧器内部の磁場を発生するのに余分な電流を流さないといけないので、銅損の増大及び無効電力の増大、力率の悪化になる。
【００１６】
また、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの境界部分において、横部材１２ａ〜１２ｄを構成する方向性電磁鋼板の板幅は先端に向かって小さくなっている。そして、この先端の領域において、横部材１２ａ〜１２ｄの板幅方向の端部には、縦部材１１ａの一部が配置されている。
【００１７】
図２は、縦部材と横部材との境界部分における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図である。具体的に図２（ａ）は、本実施形態の比較例である電力機器用鉄心における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図であり、図２（ｂ）は、本実施形態の電力機器用鉄心における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図である。
本実施形態では、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の高さ方向となるようにしている。また、横部材の長手方向が磁化容易軸になるようにしている。したがって、図２（ａ）に示すように、横部材２０ａ、２０ｂの板幅方向の端部に縦部材の一部を配置しないと、横部材２０ａの板幅方向における端部から当該横部材２０ａの側方向（図２（ａ）に向かって上下方向）に漏れる漏れ磁場２１ａ、２１ｂが多くなる。
【００１８】
すなわち、横部材２０ａ、２０ｂの側方向は、横部材２０ａ、２０ｂでは磁化困難軸方向、縦部材では積層方向になる。磁化困難軸方向よりも積層方向の方が磁化し難いので、横部材２０ａ、２０ｂの板幅方向における端部から側方向に漏れた漏れ磁場は、縦鉄心の方ではなく、隣接する横部材２０ｂ、２０ａに流れ易くなる。
この様子を細述するために、図２に三次元の方向、つまり、「縦」「横」「深さ」の三軸を定義する。従来の図２（ａ）では、横部材２０ａ、２０ｂには主に横方向に磁束が流れるが、縦部材が存在する横部材２０ａ、２０ｂの接合部分に磁束の変化が大きく生じ、そのために漏れ磁場が発生しやすい。特に図２（ａ）の構造では、深さ方向が磁化困難軸となるが、下記に述べるごとく、磁化困難軸であっても、積層方向よりは磁気特性がよいので、図２（ａ）のごとく、漏れ磁場２１ａ、２１ｂが生じやすい。このため、漏れ磁場は、縦方向には生じにくく、鋼板の端部に生じる。
これに対し、今回提案する図２（ｂ）では、横部材１２ａ、１２ｂの間に、縦部材１１ａ、１１ｂが存在している。これは、横部材１２ａ、１２ｂより発生する漏れ磁場が、図２（ｂ）の破線矢印のごとく生じる場合、当該漏れ磁場が、縦部材１１ａ、１１ｂに行こうとすると、縦部材１１ａ、１１ｂにとって積層方向になり、最も磁化しにくい方向なので、縦部材１１ａ、１１ｂには到達しにくいことになる。このため、漏れ磁場は、縦部材１１ａ，１１ｂを超えていかなければいけないので、漏れ磁場にとって磁気抵抗が増大し、漏れ磁場が発生しにくくなる。このため、漏れ磁場としては、図２（ｂ）のほうが小さくなる。
【００１９】
このように、横部材２０ａ、２０ｂの板幅方向の端部に縦部材の一部を配置しないと、横部材２０ａ、２０ｂの板幅方向における端部から漏れ磁場２１ａ、２１ｂが（当該横部材２０ａ、２０ｂに隣接する横部材２０ｂ、２０ａに）漏れ易い状態となる。このため、横部材２０ａ、２０ｂの板幅方向における端部から側方向に漏れる漏れ磁場２１ａ、２１ｂが多くなってしまう。
【００２０】
これに対し、図２（ｂ）に示すように、横部材１２ａ、１２ｂの板幅方向の端部に縦部材１１ａの一部を配置すると、この縦部材１１ａの存在により、横部材１２ａ〜１２ｄから電力機器用鉄心１０の水平方向に漏れ磁場を発生させるのに必要なエネルギーが、図２（ａ）に示した状態よりも大きくなる。このため、横部材１２ａ、１２ｂの板幅方向における端部から側方向に漏れる漏れ磁場を抑制することができる。このことは、横部材１２ｃ、１２ｄについても同じである。
【００２１】
この他、縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの境界面１３と、電力機器用鉄心１０の水平方向（横部材１２ａ〜１２ｄの板面方向）とのなす角度θが３０［°］以上６０［°］以下になるようにするのが好ましい（図１（ｂ）、図１（ｃ）を参照）。縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの境界面１３における磁界の方向の変化を、より低減することができるからである。
【００２２】
以上のように本実施形態では、縦部材１１ａ〜１１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心１０の奥行方向となるようにすると共に、横部材１２ａ〜１２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心１０の高さ方向となるようにする。また、中央の縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの奥行方向における境界面１３が複数の面（ここでは３つの平面）で構成されるようにする。このようにすることにより、当該境界面１３における回転磁界の発生を従来よりも抑制することができる。よって、電力機器用鉄心１０の鉄損を従来よりも低減することができると共に、電力機器用鉄心１０の唸りを従来よりも低減することができ、高効率の電力機器を実現することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述した第１の実施形態では、中央の縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの奥行方向における境界面１３が３つの平面で構成された場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、中央の縦部材と横部材との奥行方向における境界面が２つの平面で構成された場合を例に挙げて説明する。このように本実施形態と前述した第１の実施形態とは、中央の縦部材と横部材の構成が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図１、図２に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００２４】
図３は、電力機器用鉄心３０の構成の一例を示す図である。具体的に説明すると、図３（ａ）は、電力機器用鉄心３０の上面図である。図３（ｂ）は、電力機器用鉄心３０の正面図（図３（ａ）のＡ方向から見た図）である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´方向からみた断面図である。図３（ｄ）は、電力機器用鉄心３０の側面図（図３（ａ）のＣ方向から見た図）である。
【００２５】
図３に示すように本実施形態では、中央の縦部材３１ａと横部材３２ａとの奥行方向における境界面は、２つの平面３３ａ、３３ｂによって構成される。また、縦部材３１ａと横部材３２ｂとの奥行方向における境界面も、２つの平面３３ｃ、３３ｄによって構成される。更に、縦部材３１ａと、横部材３２ｃ、３２ｄとの奥行方向における境界面も同様にそれぞれ２つの平面によって構成される。
【００２６】
本実施形態の電力機器用鉄心３０のこの他の基本的な構成は、第１の実施形態と同じである。すなわち、本実施形態でも、方向性電磁鋼板の長手方向が磁化容易軸となるようにしている。また、縦部材３１ａ、１１ｂ、１１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心３０の奥行方向となるようにすると共に、横部材３２ａ〜３２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心３０の高さ方向となるようにするようにしている。また、縦部材３１ａと横部材３２ａ〜３２ｄとの境界部分において、横部材３２ａ〜３２ｄを構成する方向性電磁鋼板の板幅は先端に向かって小さくなっており、その先端の領域において横部材３２ａ〜３２ｄの板幅方向の端部には、縦部材３１ａの一部が配置するようにしている。また、縦部材３１ａと横部材３２ａ〜３２ｄとの境界面３３と、電力機器用鉄心３０の水平方向（横部材３２ａ〜３２ｄの板面方向）とのなす角度θが３０［°］以上６０［°］以下になるようにするのが好ましい。
【００２７】
本願発明者らは、以上のように、中央の縦部材３１ａと横部材３２ａ〜３２ｄとの奥行方向における境界面３３を２つの平面で構成しても、当該境界面３３における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を従来よりも抑制することができることを確認した。ただし、本願発明者らは、第１の実施形態のように、中央の縦部材１１ａと横部材１２ａ〜１２ｄとの奥行方向における境界面１３を３つの平面で構成した方が、本実施形態のように２つの平面で構成した場合よりも、境界面における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を抑制することができたことを確認している。
【００２８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図４は、電力機器用鉄心４０の構成の一例を示す図である。具体的に説明すると、図４（ａ）は、電力機器用鉄心４０の上面図である。図４（ｂ）は、電力機器用鉄心４０の正面図（図４（ａ）のＡ方向から見た図）である。図４（ｃ）は、電力機器用鉄心４０の側面図（図４（ａ）のＢ方向から見た図）である。図４（ｄ）は、電力機器用鉄心４０の中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面の形状の一例を示す図である。
【００２９】
図４に示すように電力機器用鉄心４０は、縦部材４１ａ〜４１ｃと、横部材４２ａ、４２ｂとを有している。
縦部材４１ａ〜４１ｃは、電力機器用鉄心４０の脚に対応し、電力機器用鉄心４０の高さ方向に延在する。横部材４２ａ、４２ｂは、縦部材４１ａ〜４１ｃと共に閉磁路が形成されるように縦部材４１ａ〜４１ｃと磁気的に結合され、電力機器用鉄心４０の幅方向に延在する。
縦部材４１ａ〜４１ｃと横部材４２ａ、４２ｂは、それぞれ長手方向が磁化容易軸方向となっている方向性電磁鋼板を積層させることにより構成される。図４において、縦部材４１ａ〜４１ｃと横部材４２ａ、４２ｂの中に示している矢印の方向が磁化容易軸方向である。電力機器用鉄心４０は、このような縦部材４１ａ〜４１ｃと横部材４２ａ、４２ｂとを組み合わせて固定することによって構成される。
【００３０】
本実施形態では、縦部材４１ａ〜４１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心４０の幅方向となるようにすると共に、横部材４２ａ、４２ｂにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心４０の奥行方向となるようにするようにしている。すなわち、縦部材４１ａ〜４１ｃと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面において、縦部材４１ａ〜４１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向と、横部材４２ａ、４２ｂにおける方向性電磁鋼板の積層方向とのなす角度が略９０［°］になるようにしている。
【００３１】
また、本実施形態では、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの奥行方向における境界面（すなわち、電力機器用鉄心４０のＴ字状のコーナ部における縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの奥行方向における境界面）が１つの曲面によって形成されるようにしている。具体的に説明すると、図４に示すように、縦部材４１ａと横部材４２ａとの奥行方向における境界面は、それぞれ１つの曲面４３ａ、４３ｂによって構成される。また、縦部材４１ａと横部材４２ｂとの奥行方向における境界面もそれぞれ１つの曲面４３ｃ、４３ｄによって構成される。
【００３２】
本願発明者らは、このように縦部材と横部材との奥行方向における境界面を曲面にすると、当該境界面を一平面としている特許文献１に記載の技術よりも、当該境界面における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を抑制できることを、電磁場解析を行うことによって確認した。
【００３３】
また、本実施形態では、図４に示すように、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面が、横部材４２ａ、４２ｂの内周面から横部材４２ａ、４２ｂの高さ方向の央部（途中）まで存在するようにしている。すなわち、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面が、横部材４２ａ、４２ｂの高さ方向の全体に亘って存在していないようにしている。
図５は、縦部材と横部材との境界部分における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図である。具体的に図５（ａ）は、本実施形態の比較例である電力機器用鉄心における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図であり、図５（ｂ）は、本実施形態の電力機器用鉄心における漏れ磁場の様子の一例を概念的に示す図である。
【００３４】
本実施形態では、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の奥行方向となるようにしている。また、本実施形態では、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の幅方向となるようにしている。さらに、本実施形態では、縦部材及び横部材の長手方向が磁化容易軸になるようにしている。
【００３５】
したがって、図５（ａ）に示すように、中央の縦部材５１ａと横部材５２ａ〜５２ｄとの境界面が、横部材５２ａ〜５２ｄの内周面から横部材５２ａ〜５２ｄの高さ方向全体に亘って存在していると、横部材５２ａ〜５２ｄの板幅方向における端部から漏れ磁場５１ａ、５１ｂが（縦部材５１ａに）漏れ易い状態となる。このため、横部材５２ａ〜５２ｄの板幅方向における端部から側方向に漏れる漏れ磁場５１ａ〜５１ｄが多くなってしまう。特に、図５（ａ）に示すように、中央の縦部材５１ａの端面が電力機器用鉄心５０の外周面に多く露出していると、漏れ磁場５１ａ〜５１ｄが多くなる。
【００３６】
これに対し、図５（ｂ）に示すように、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面が、横部材４２ａ、４２ｂの内周面から横部材４２ａ、４２ｂの高さ方向の央部（途中）まで存在するようにし、中央の縦部材４１ａが電力機器用鉄心４０の外周面に露出していないと、横部材４２ａ、４２ｂから電力機器用鉄心４０の上下方向に漏れ磁場を発生させるのに必要なエネルギーが、図５（ａ）に示した状態よりも大きくなる。このため、横部材４２ａ、４２ｂの板幅方向における端部から側方向に漏れる漏れ磁場を抑制することができる。
【００３７】
この他、本実施形態では、図４（ｄ）に示すように、縦部材４１ａと横部材４２ａとの奥行方向における境界面４３ａの接線と、電力機器用鉄心４０の水平方向（横部材４２ａ、４２ｂの板面方向）とのなす角度θが、境界面４３ａの全部又は一部の領域（例えば境界面４３ａの外周側の領域）で３０［°］以上６０［°］以下になるようにするのが好ましい。尚、図４（ｄ）において「Ｏ」は、境界面４３ａを構成する曲線の曲率中心である。このようにすれば、縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面４３における磁界の方向の変化を、より低減することができる。このことは、残りの境界面４３ｂ〜４３ｄについても同じである。
【００３８】
以上のように本実施形態では、縦部材４１ａ〜４１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心４０の幅方向となるようにすると共に、横部材４２ａ、４２ｂにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心４０の奥行方向となるようにする。また、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの奥行方向における境界面４３が曲面で構成されるようにする。このようにすることにより、当該境界面４３における回転磁界の発生を従来よりも抑制することができる。よって、電力機器用鉄心４０の鉄損を従来よりも低減することができると共に、電力機器用鉄心４０の唸りを従来よりも低減することができる。
【００３９】
尚、本実施形態では、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｄとの奥行方向における境界面４３を１つの曲面とした場合を例に挙げて示したが、当該奥行方向における境界面を複数の曲面で構成するようにしてもよい。例えば、図１に示した境界面１３ａ〜１３ｄをそれぞれ曲面で構成するようにしてもよい。また、中央の縦部材と横部材との奥行方向における境界面を、曲面と平面とを組み合わせた複数面で構成してもよい。
【００４０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。前述した第３の実施形態では、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面４３が、その先端が先鋭になるような曲面となるようにした場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、中央の縦部材と横部材との境界面が、その先端が丸みを帯びる曲面となるようにした場合を例に挙げて説明する。
【００４１】
また、前述した第３の実施形態では、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面が、横部材４２ａ、４２ｂの内周面から横部材４２ａ、４２ｂの高さ方向の央部（途中）まで存在するようにし、中央の縦部材４１ａが電力機器用鉄心４０の外周面に露出しないようにした場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、中央の縦部材と横部材との境界面が、横部材の高さ方向の全体に亘って存在するが、中央の縦部材の丸みを帯びている先端の頂上部のみが電力機器用鉄心の外周面に露出している場合を例に挙げて説明する。
【００４２】
このように本実施形態と前述した第３の実施形態とは、中央の縦部材と横部材の構成が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分については、図４、図５に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００４３】
図６は、電力機器用鉄心６０の構成の一例を示す図である。具体的に説明すると、図６（ａ）は、電力機器用鉄心６０の上面図である。図６（ｂ）は、電力機器用鉄心６０の正面図（図６（ａ）のＡ方向から見た図）である。図６（ｃ）は、電力機器用鉄心６０の側面図（図６（ａ）のＢ方向から見た図）である。図６（ｄ）は、電力機器用鉄心６０の中央の縦部材６１ａと横部材６２ａ、６２ｂとの境界面の形状の一例を示す図である。
【００４４】
図６に示すように本実施形態では、前述した第３の実施形態と同様に、中央の縦部材６１ａと横部材６２ａ〜６２ｄとの奥行方向における境界面６３ａ〜６３ｄは、１つの曲面６３ａ〜６３ｄによって構成されている。ただし、本実施形態と第３の実施形態とは、境界面を構成する曲線の曲率中心の位置が、当該境界面を挟んで反対側となるようにしている。すなわち、第３の実施形態では、図４（ｄ）に示すように、境界面４３ａを構成する曲線の曲率中心Ｏは、境界面４３ａよりも横部材４２ａ側に存在する。これに対し、本実施形態では、図６（ｄ）に示すように、境界面６３ａを構成する曲線の曲率中心Ｏは、境界面６３ａよりも縦部材６１ａ側に存在する。この結果、本実施形態では、中央の縦部材６１ａと横部材６２ａとの境界面６３ａの先端が丸みを帯びる曲面となる。このことは、他の境界面６３ｂ〜６３ｄについても同じである。
【００４５】
また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態では、中央の縦部材６１ａの丸みを帯びている先端の頂上部のみが電力機器用鉄心６０の外周面に露出している。したがって、第３の実施形態では２つの横部材４２ａ、４２ｂを用いるのに対し、本実施形態では４つの横部材６２ａ〜６２ｄを用いることになる。
【００４６】
本実施形態の電力機器用鉄心６０のこの他の基本的な構成は、第３の実施形態と同じである。すなわち、本実施形態でも、方向性電磁鋼板の長手方向が磁化容易軸となるようにしている。また、縦部材６１ａ〜６１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心６０の幅方向となるようにすると共に、横部材６２ａ〜６２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心６０の奥行方向となるようにするようにしている。また、縦部材６１ａと横部材６２ａ〜６２ｄとの奥行方向における境界面６３ａ〜６３ｄの接線と、電力機器用鉄心６０の水平方向（横部材６２ａ〜６２ｄの板面方向）とのなす角度θが境界面６３ａ〜６３ｄの全部又は一部の領域（例えば境界面６３ａ〜６３ｄの外周側の領域）で３０［°］以上６０［°］以下になるようにするのが好ましいものとする。
【００４７】
本願発明者らは、以上のように中央の縦部材６１ａと横部材６２ａ〜６２ｄとの境界面６３ａ〜６３ｄを、その先端が丸みを帯びるような曲面にしても、当該境界面６３ａ〜６３ｄにおける回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を従来よりも抑制することができることを、電磁場解析を行うことによって確認した。ただし、第２の実施形態のように、中央の縦部材４１ａと横部材４２ａ、４２ｂとの境界面４３ａ〜４３ｄを、その先端が先鋭になるような曲面とした方が、本実施形態のように、中央の縦部材６１ａと横部材６２ａ〜６２ｄとの境界面６３ａ〜６３ｄを、その先端が丸みを帯びるような曲面にした場合よりも、境界面における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を抑制することができたことを確認している。
【００４８】
また、本実施形態のように、中央の縦部材６１ａの丸みを帯びている先端の頂上部のみを電力機器用鉄心６０の外周面に露出させても電力機器用鉄心６０の外周面に露出している縦部材６１ａは僅かであるので、図５（ａ）に示したように、中央の縦部材５１ａの端面が電力機器用鉄心５０の外周面に多く露出している場合よりも、横部材６２ａ〜６２ｄから発生する漏れ磁場を少なくすることができる。
尚、本実施形態においても、第３の実施形態で説明したように、境界面を複数の曲面で構成したり、曲面と平面とを組み合わせた複数面で構成したりしてもよい。
【００４９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。前述した第３、第４の実施形態では、縦部材４１ａ〜４１ｃ、６１ａ〜６１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心４０、６０の幅方向となるようにすると共に、横部材４２ａ、４２ｂ、６２ａ〜６２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心４０、６０の奥行方向となるようにするようにした場合において、縦部材４１ａ、６１ａと横部材４２ａ、４２ｂ、６２ａ〜６２ｄとの奥行方向における境界面４３ａ〜４３ｄ、６３ａ〜６３ｄを曲面にした場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の幅方向となるようにすると共に、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の奥行方向となるようにするようにした場合において、縦部材と横部材の奥行方向における境界面を複数の平面で構成する場合を例に挙げて説明する。
このように本実施形態と前述した第３、第４の実施形態とは、中央の縦部材と横部材の構成が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第３、第４の実施形態と同一の部分については、図４〜図６に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００５０】
図７は、電力機器用鉄心７０の構成の一例を示す図である。具体的に説明すると、図７（ａ）は、電力機器用鉄心７０の上面図である。図７（ｂ）は、電力機器用鉄心７０の正面図（図７（ａ）のＡ方向から見た図）である。図７（ｃ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ´方向からみた断面図である。図７（ｄ）は、電力機器用鉄心７０の側面図（図７（ａ）のＣ方向から見た図）である。
【００５１】
本実施形態では、第１、第２の実施形態と同様に、中央の縦部材７１ａと横部材７２ａ〜７２ｄとの境界面（すなわち、電力機器用鉄心７０のＴ字状のコーナ部における縦部材７１ａと横部材７２ａ〜７２ｄとの境界面）が、横部材７２ａ〜７２ｄの高さ方向全体に亘って存在するようにしている。
【００５２】
更に、本実施形態では、中央の縦部材７１ａと横部材７２ａ〜７２ｄとの奥行方向における境界面（すなわち、電力機器用鉄心７０のＴ字状のコーナ部における縦部材７１ａと横部材７２ａ〜７２ｄとの奥行方向における境界面）が一面ではなく多面となるようにしている。具体的に説明すると、図７に示すように、縦部材７１ａと横部材７２ａとの奥行方向における境界面は、２つの平面７３ａ、７３ｂによって構成される。また、縦部材７１ａと横部材７２ｂとの奥行方向における境界面も２つの平面７３ｃ、７３ｄによって構成される。更に、縦部材７１ａと、横部材７２ｃ、７２ｄとの奥行方向における境界面も同様にそれぞれ２つの平面によって構成される。
【００５３】
本願発明者らは、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の幅方向となるようにすると共に、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の奥行方向となるようにした場合であって、縦部材と横部材との奥行方向における境界面を多面（複数の平面）にした場合であっても、当該境界面を一面としている特許文献１に記載の技術よりも、当該境界面における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を抑制できることを、電磁場解析を行うことによって見出した。
【００５４】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。前述した第１、第２の実施形態では、中央の縦部材１１ａ、３１ａと横部材１２ａ〜１２ｄ、３２ａ〜３２ｄとの奥行方向における境界面１３、３３が複数の平面で構成された場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、中央の縦部材と横部材との奥行方向における境界面を１つの平面で構成するが、当該境界面の面方向（面が存在している方向）が電力機器用鉄心の幅方向（及び奥行方向）と平行でも直角でもない方向となるようにする。このように本実施形態と前述した第１、第２の実施形態とは、中央の縦部材と横部材の構成が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、前述した第１、第２の実施形態と同一の部分については、図１〜図３に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００５５】
図８は、電力機器用鉄心８０の構成の一例を示す図である。具体的に説明すると、図８（ａ）は、電力機器用鉄心８０の正面図である。図８（ｂ）は、電力機器用鉄心８０の正面図（図８（ａ）のＡ方向から見た図）である。図８（ｃ）は、電力機器用鉄心８０の背面図（図８（ａ）のＢ方向から見た図）である。図８（ｄ）は、電力機器用鉄心８０の側面図（図８（ａ）のＣ方向から見た図）である。
【００５６】
図８に示すように本実施形態では、中央の縦部材８１ａと横部材８２ａとの奥行方向における境界面は、１つの平面８３ａによって構成される。また、縦部材８１ａと横部材８２ｂとの奥行方向における境界面も、１つの平面８３ｂによって構成される。更に、縦部材８１ａと、横部材８３ｃ、８３ｄとの奥行方向における境界面も同様にそれぞれ１つの平面によって構成される。
【００５７】
また、本実施形態では、縦部材８１ａと横部材８２ａとの奥行方向における境界面８３ａと、縦部材８１ａと横部材８２ｂとの奥行方向における境界面８３ｂは、電力機器用鉄心８０の背面側では接しているが、電力機器用鉄心８０の正面側では接していない。すなわち、縦部材８１ａの、電力機器用鉄心８０の外周面に露出している領域の形状は、三角形となっている。このことは、縦部材８１ａと横部材８３ｃ、８３ｄとの境界面についても同じである。
【００５８】
本実施形態の電力機器用鉄心８０のこの他の基本的な構成は、第１、第２の実施形態と同じである。すなわち、本実施形態でも、方向性電磁鋼板の長手方向が磁化容易軸となるようにしている。また、縦部材８１ａ、１１ｂ、１１ｃにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心８０の奥行方向となるようにすると共に、横部材８２ａ〜８２ｄにおける方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心８０の高さ方向となるようにするようにしている。また、縦部材８１ａと横部材８２ａ〜８２ｄとの境界面８３と、電力機器用鉄心８０の水平方向（横部材８２ａ〜８２ｄの板面方向）とのなす角度θが３０［°］以上６０［°］以下になるようにするのが好ましいものとする。
【００５９】
本願発明者らは、以上のように、中央の縦部材８１ａと横部材８２ａ〜８２ｄとの奥行方向における境界面８３を１つの平面にし、当該境界面８３の面方向が電力機器用鉄心８０の幅方向と平行でも直角でもない方向となるようにしても、当該境界面８３における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を従来よりも抑制することができることを、電磁場解析を行うことによって確認した。ただし、本願発明者らは、第１、第２の実施形態のように、中央の縦部材１１ａ、３１ａと横部材１２ａ〜１２ｄ、３２ａ〜３２ｄとの奥行方向における境界面１３、３３を複数の平面で構成した方が、本実施形態のようにした場合よりも、境界面における回転磁界の発生と漏れ磁場の発生を抑制することができたことを確認している。
【００６０】
（変形例）
中央の縦部材と横部材との奥行方向における境界面が、複数の平面、１以上の曲面、又は平面と曲面とを組み合わせた複数面により構成されるようにしていれば、当該境界面における回転磁界の発生を従来よりも低減させることができる。また、中央の縦部材と横部材との奥行方向における境界面の面方向が、電力機器用鉄心の幅方向と直角でも平行でもない方向となるようにしても、当該境界面における回転磁界の発生を従来よりも低減させることができる。したがって、前述した各実施形態の構成は、種々の態様に変形することができる。
【００６１】
例えば、前述した第１、第２の実施形態で示した構成において、第３〜第５の実施形態で示したように、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の幅方向となるようにすると共に、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の奥行方向となるようにしてもよい。
【００６２】
また、第３〜第５の実施形態で示した構成において、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の奥行方向となるようにすると共に、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の高さ方向となるようにしてもよい。
また、第３の実施形態で示した構成において、中央の縦部材の先端の頂上部のみが電力機器用鉄心の外周面に露出するようにしてもよい。
【００６３】
また、第４の実施形態で示した構成において、中央の縦部材と横部材との境界面が、横部材の内周面から横部材の高さ方向の央部（途中）まで存在するようにし、中央の縦部材が電力機器用鉄心の外周面に露出しないようにしてもよい。
また、第６の実施形態で示した構成において、縦部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の幅方向となるようにすると共に、横部材における方向性電磁鋼板の積層方向が、電力機器用鉄心の奥行方向となるようにしてもよい。
また、第６の実施形態で示した構成において、中央の縦部材と横部材との境界面を曲面にしてもよい。
【００６４】
また、前述した各実施形態において、電力機器用鉄心１０、３０、４０、６０、７０は、変圧器（今回の事例としては三脚変圧器であるが、五脚変圧器に対しても）、リアクタ、モータ等、例えば電力機器用鉄心１０、３０、４０、６０、７０の縦部材１１、３１、４１、６１、７１、８１に対してコイルを巻き回して使用される電力機器であればどのような電力機器にも適用することができる。
【００６５】
尚、以上説明した本発明の各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０、３０、４０、６０、７０、８０    電力機器用鉄心
１１、３１、４１、６１、７１、８１    縦部材
１２、３２、４２、６２、７２、８２    横部材
【図１】
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【図２】
2010258365.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010258365.tif 000007
【図６】
2010258365.tif 000008
【図７】
2010258365.tif 000009
【図８】
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