(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ接合部を有する積み鉄心型変圧器であって、該Ｔ接合部でヨークと接する脚用の電磁鋼板は、その両端部に、２次元的または線状歪みの繰り返し領域からなる歪み領域を面積率で10％以上有し、一方ヨーク用の電磁鋼板は該歪み領域を有しないことを特徴とする鉄損特性および騒音特性に優れた積み鉄心型変圧器。
【請求項２】
鉄心を構成する電磁鋼板であって、Ｔ接合部でヨークと接する脚用の電磁鋼板の両端部に、２次元的または線状歪みの繰り返し領域からなる歪み領域を、面積率で10％以上付与し、一方ヨーク用の電磁鋼板については該歪み領域を付与することなしに、それぞれ積層することを特徴とする鉄損特性および騒音特性に優れた積み鉄心型変圧器の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、脚用の電磁鋼板への歪付与を、ロールによる圧下によって施すことを特徴とする鉄損特性および騒音特性に優れた積み鉄心型変圧器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に電力用変圧器として使用される積み鉄心型変圧器ならびにその製造方法に関し、特に実機における鉄損特性および騒音特性の向上を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
Siを含有し、かつ結晶方位が（１１０）［００１］方位や（１００）［００１］方位に配向した方向性電磁鋼板は、優れた軟磁気特性を有することから、特に電力用変圧器の鉄心材料として用いられている。
このような方向性電磁鋼板に要求される特性としては、一般に50Hzの周波数で1.7 Ｔに磁化させた時の損失でＷ17/50 (W/kg)で表わされる鉄損値が低いことが重要である。また、結晶の方位の優劣を示す磁束密度が高いことが、変圧器の励磁電流を少なくするために必要とされる。この磁束密度は、一般に800A/mの磁化力における磁束密度Ｂ8(Ｔ) で表わされるが、磁束密度の高い方向性電磁鋼板はヒステリシス損も低い場合が多く、鉄損特性上も優れていることが多い。
【０００３】
しかしながら、最近の研究によれば、Ｂ8 の高い方向性電磁鋼板を用いて積み鉄心型変圧器を製造しても、素材である方向性電磁鋼板の良好な鉄損特性が反映されない場合が多いことが判明した。
これは、折角の良好な材料特性が変圧器の実機特性に活かせないということを意味し、大問題となっているが、未だ工業的に有効な解決方法が見出されていないのが現状である。
通常、変圧器の鉄損値を同一条件で測定した材料の鉄損値で割った値を、ＤＦ（Destruction Factor）値またはＢＦ（Building Factor)値と呼んでいる。従って、この値を低減することが現在の急務となっている。
【０００４】
ＤＦ値が増加する変圧器のタイプは良く知られていて、３脚または５脚を有する積み鉄心型の変圧器である。
また、これらの変圧器のＤＦ値が劣化する原因についても、既によく分かっている。
すなわち、これらの変圧器には、 図１に斜線で示すように、Ｔ接合部と呼称される鉄心領域があるが、この部位において、材料の磁束密度が高い場合には磁束の流れが大きく乱され、変圧器の鉄損が劣化することが分かっている。図中、番号１は変圧器鉄心の脚部、２は変圧器鉄心のヨーク部、そして３が変圧器鉄心のＴ接合部である。
【０００５】
図２に、この種の変圧器における磁束の流れを示す。
すなわち、図２(a) に示すように、磁束がヨーク部２の左からＴ接合部３をとおり脚部１に流れる場合には、いずれも鋼板が磁化し易い方向に流れるため、全体的に良好な磁束の流れを示す。しかしながら、図２(b) に示すように、磁束が脚部１の方へ流れず、ヨーク部２の左からＴ接合部３をとおり、右のヨーク部２にそのまま流れるような場合には、本来の好ましい方向への磁束の流れの他に、図示したように、一部、脚部１の鉄心の方へ一旦磁束が流れ込んだのち、再びヨーク部２の方へ磁束が戻っていくことが観察されている。
この現象は、脚部１を構成する鋼板の磁束密度が高いため、脚部１の鉄心の方へ磁束が流れ込むもので、これが、磁束密度の高い材料が変圧器の実機鉄損を劣化させる大きな原因になっている。
【０００６】
上記の問題を解決する方法として、積み鉄心型変圧器の鉄心の脚部を磁束密度の低い材料に変えて組み込む方法が提案されたこともあるが、この方法は、材料管理が煩雑になることに加えて材料の鉄損特性そのものが低下するため、ＤＦ値は向上するものの、変圧器の鉄損特性そのものは大きく劣化するという問題があった。従って、この技術は工業的に実用化されていない。
また、特公昭59-32526号公報には、電磁鋼板中のSi含有量を高めることによって、 ＤＦ値を低減する手法が提案されているが、現状の電磁鋼板のSi含有量は、鋼板の加工性の面からその上限が決定されており、この方法で効果が認められる程度までSi含有量を高めることは工業的には難しく、従ってこの方法も実用的ではない。
さらに、特公平６-63030号公報には、鋼板に歪みを点状に離散させて（ストレスポイント）導入することによって、ＤＦを低減する技術が提案されているが、この方法では、ＤＦ値の低下は認められるものの、その効果は小さく、変圧器全体の鉄損値の低減について十分満足いくほどの効果は得られていない。
【０００７】
また、これとは別に、環境問題の規制が厳しくなってきた結果、近年、騒音の低い変圧器の開発が必要とされており、この面からの向上も望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記したような積み鉄心型の変圧器が抱えている問題、すなわち鉄損特性の良好な磁束密度の高い方向性電磁鋼板を材料として変圧器を製造した場合に所望の良好な鉄損値が得られない、つまりＤＦ値が劣化するという問題および騒音が大きいという問題を有利に解決した積み鉄心型変圧器を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、従来の技術が電磁鋼板の改善に終始していたのに対し、 ＤＦが問題となる変圧器のＴ接合部に着目し、この部位の電磁鋼板に工夫を加えることによって、上記の問題の解決を試みた。
その結果、図２(c) に番号４で示す、変圧器のＴ接合部に脚部から突入する鋼板のＴ接合部領域に、少なくとも10％以上の面積にわたって、繰り返し構造を有する１次元的（線状）な歪みまたは２次元的（面状）な歪み領域を付与することが、所期した目的の達成に関し、極めて有効であることの知見を得た。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１０】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．Ｔ接合部を有する積み鉄心型変圧器であって、該Ｔ接合部でヨークと接する脚用の電磁鋼板は、その両端部に、２次元的または線状歪みの繰り返し領域からなる歪み領域を面積率で10％以上有し、一方ヨーク用の電磁鋼板は該歪み領域を有しないことを特徴とする鉄損特性および騒音特性に優れた積み鉄心型変圧器。
【００１１】
２．鉄心を構成する電磁鋼板であって、Ｔ接合部でヨークと接する脚用の電磁鋼板の両端部に、２次元的または線状歪みの繰り返し領域からなる歪み領域を、面積率で10％以上付与し、一方ヨーク用の電磁鋼板については該歪み領域を付与することなしに、それぞれ積層することを特徴とする鉄損特性および騒音特性に優れた積み鉄心型変圧器の製造方法。
【００１２】
３．上記２において、脚用の電磁鋼板への歪付与を、ロールによる圧下によって施すことを特徴とする鉄損特性および騒音特性に優れた積み鉄心型変圧器の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明について具体的に説明する。
まず、この発明の変圧器について述べる。
この発明では、積み鉄心型の変圧器を対象とする。すなわち、変圧器には積み鉄心型と巻き鉄心型があるが、巻き鉄心型変圧器には磁束の流れの乱れがなく、ＤＦ値の大幅な劣化が認められないので、この発明の対象外とした。
また、変圧器の脚の本数については、３脚または５脚を有する変圧器である。というのは、２脚変圧器には、この発明の対象とするＴ接合部が存在せず、この発明で目的とする鉄損低減および騒音低減効果が認められないからである。
【００１５】
この発明において、Ｔ接合部とは、図１に斜線で示した鉄心領域を指し、この接合部３において、ヨーク部の鋼板２と脚部の鋼板１が接合されている。接合方法ついては、λ接合やＶ接合など公知の方法があるが、いずれもこの発明に適合する。
【００１６】
さて、この発明では、鉄心を構成する電磁鋼板、それもＴ接合部でヨークと接する脚用の鋼板の両端部に、歪み領域を設けることが重要である。
ここに、歪み領域の大きさは、歪み領域面積率（％）として定義する。すなわち、図３において番号５で示す歪み付与領域の面積を、脚部から突入する鋼板のＴ接合部領域（例えば図２(c) で番号４で示す領域）の面積で除し 100倍した値である。
歪み領域には、２次元的な歪みまたは繰り返し線状歪みを付与することが重要である。すなわち、歪みの形態としては、鋼板表面に２次元的に全面に付与したものや、線状に繰り返し付与したものが有効である。ここで、線状とは、完全に連続した線だけでなく、点線や破線、さらには鎖線等の不完全な線をも含めた呼称を意味する。
また、この発明でいう歪み付与領域とは、 ２次元的歪み付与の場合には、その歪み付与領域をいい、線状歪みを繰り返し付与した場合には線状歪みの包絡線で囲まれる最大領域をいう。
【００１７】
上記のような２次元的な歪み領域または１次元的な線状歪みの繰り返し領域を設けることによって、Ｔ接合部において脚部方向への磁束の流れを効果的に抑制することができ、その結果変圧器の鉄損の低減および騒音の低減が併せて達成されるのである。
この点、従来例のように点状に歪みを分布させたものは、歪みによるヨーク部から脚部への磁束の流れ込みを抑制する作用が極めて小さいため、十分な変圧器の鉄損低減および騒音低減効果が得られなかったものと考えられる。
【００１８】
また、歪み領域面積率としては、少なくとも10％が必要である。というのは、歪み領域面積率が10％に満たないと、歪み付与によるヨーク部から脚部への磁束の流れ込みを抑制する作用が十分でなく、十分満足いくほどの変圧器の鉄損低減および騒音低減効果が得られないからである。
なお、従来行われているように、変圧器に使用する鋼板すべてに歪みを付与することは鋼板の鉄損を劣化させるので、ＤＦ値は改善されるものの、変圧器の実機鉄損は劣化する結果になるので、歪み付与領域としては、Ｔ接合部へ脚部から突入する鋼板のＴ接合部領域内に限定することが好ましいが、鉄損劣化が大きくならない範囲であれば、上記脚用鋼板のその他の領域に多少にわたって存在しても良い。
【００１９】
次に、この発明に従う変圧器の製造方法について述べる。
変圧器の製造工程は、通常、鉄心の積層、組み立て工程と銅線コイルの加工、組み立て工程およびこれらの結合工程ならびにケーシングなどその他の部品の付設工程からなる。
この発明において、特に重要なのは、積層時の鉄心の構造である。すなわち、鉄心を構成する電磁鋼板であってＴ接合部でヨークと接する脚用の鋼板の両端部に、前述したような、２次元的な歪み領域または１次元的な線状歪みの繰り返し領域を、面積率で10％以上付与し、しかるのち積層することである。
【００２０】
これを実施する有効な方法の一つとして、Ｔ接合部でヨークと接する脚用の鋼板の両端部に、ロール圧下によって歪みを付与する方法がある。より具体的には、この鋼板の斜角切断の後に、図４(a) に示すような装置を用いて、この鋼板の先・後端に歪みを付与する方法である。この時、同図(b) に示すような平ロール６を用いると２次元的な歪みを付与することができ、一方同図(c) に示すような線状の突起ロール７を用いると、繰り返し線状歪みを付与することができる。
【００２１】
また、かかる変圧器の製造設備としては、電磁鋼板切断ラインにおいて、斜角切り装置の後に歪み付与装置を付設することが有効である。
かような歪み付与装置としては、図４(a) に示したような圧延ロールを利用したものでも、荷重プレスを利用したものでも良い。
さらに、この装置による歪みは、斜角切断された後の鋼板の特定の位置に付与する必要があるので、鋼板の位置を制御する装置を伴っていることが好ましい。また、このような歪みを付与する装置は、斜角切りラインにおいて斜角切りと同位置に設置しても、直後に設置してもよいし、その後でもかまわない。要は、斜角切りのあと、鋼板を積層するまでの間にこの装置を設置して、歪みを付与すれば良いのである。
【００２２】
【実施例】
実施例１
Si：3.25wt％を含み、板厚が0.23mmで、Ｗ17/50 ：0.850 W/kg 、Ｂ8 ：1.942Ｔの磁気特性を有する方向性電磁鋼板を用いて、３相３脚、鉄心の長さ：1000mm、幅：1200mm、厚み：200mm 、ヨークおよび脚の幅：150 mmのモデル変圧器を10台作製した。この時、Ｔ接合部の接合はＶ接合方式とし、鋼板の積み方式は２枚ずつ、 ５段階のステップラップとした。
この際、 Ｔ接合部の脚として使用される鋼板を斜角切断した後、図３(a) に示したような鋼板の先・後端部領域に、図４(b) に示した平ロール６を用い、同図(a) に示した歪み付与装置で 0.5 kg/cmの圧力をかけて歪みを付与した。
ここに、各モデル変圧器に使用する方向性電磁鋼板の上述の脚部の鋼板として、歪み付与領域の大きさを変え、歪み付与領域面積率がそれぞれ、０, ３, ６, 10, 50, 80, 120, 150, 200 ％となる歪みを付与した鋼板を用い、各種の変圧器を製作した。なお、面積率 100％以上とは、図２(c) において脚を構成する鋼板がＴ接合部へ突入する領域４を超え、脚部１に掛かる範囲にわたって歪みが付与された場合をいう。
【００２３】
また、従来例として、1.2 mmφの突起を10mm間隔で埋め込んだ突起ロールを用いて、鋼板全体にストレスポイントを付与し、この鋼板を用いて同じ仕様の変圧器を製作した。
かくして得られた変圧器の鉄損特性、ＤＦ値および騒音特性について調べた結果を表１に示す。
また、図５には、歪み付与領域面積率と鉄損特性、ＤＦ値との関係を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１および図５から明らかなように、この発明に従って製作された変圧器の鉄損値および騒音値は従来例に比較して大きく向上しており、また歪み付与領域面積率は10％以上が必要であることが分かる。
【００２６】
実施例２
Si：3.05wt％を含有し、鋼板の片面に磁区細分化のための多数の溝を有する板厚：0.30mm、Ｗ17/50 ：0.818 W/kg、Ｂ8 ：1.913 Ｔの磁気特性の方向性電磁鋼板を用いて、３相３脚、鉄心の長さ：1000mm、幅：1200mm、厚み：200mm 、ヨークおよび脚の幅：150mm のモデル変圧器を３台作成した。この時、Ｔ接合部の接合はλ接合方式とし、鋼板の積み方式は２枚ずつの交互積みとした。
このうち、 １台は、斜角切りの後、そのまま積層し変圧器を製作し、比較例とした。
また、他の１台は、Ｔ接合部の脚として使用される鋼板を斜角切断した後、図３(b) に示したような鋼板の先・後端部領域に歪み付与領域面積率として各50％となるように歪みを付与した。歪み付与の方法としては、図４(c) に示した線状突起ロール７を用い、図４(a) に示した歪み付与装置で 0.2 kg/cmの圧力をかけ鋼板を通板した。
さらに、残る１台は、従来例として、 1.0 mmφの突起を４mm間隔で埋め込んである突起ロールを用いて、鋼板全体にストレスポイントを付与し、この鋼板を用いて同じ仕様の変圧器を製作した。
かくして得られた変圧器の鉄損特性、ＤＦ値および騒音特性について調べた結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表２から明らかなように、この発明に従って製作された変圧器の鉄損値および騒音値は従来例や比較例に比較して大きく向上している。
【００２９】
【発明の効果】
かくして、この発明に従い、Ｔ接合部でヨークと接する脚用電磁鋼板のＴ接合領域に、10％以上の面積率で、２次元的な歪み領域または１次元的な線状歪みの繰り返し領域を付与することにより、積み鉄心型変圧器の鉄損特性と騒音特性を従来に比べて格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ヨーク、脚からなる３脚変圧器の鉄心構造とＴ接合部の位置を示す図である。
【図２】  Ｔ接合部における磁束の流れを示す図で、(a) はヨーク部から脚部に磁束が流れる場合、(b) は脚部へ磁束が流れず、ヨーク部からヨーク部で磁束が流れる場合を示す。同図(c) は脚用電磁鋼板のＴ接合領域を示す。
【図３】  脚用電磁鋼板の形状とこの鋼板における歪み付与領域を示した図である。
【図４】  (a) は歪み付与装置の１例を示した図、(b) は平ロールの形状を示した図、(c) は線状突起ロールの形状を示した図である。
【図５】  歪み付与領域面積率と変圧器の鉄損値およびＤＦ値との関係を示した図である。
【符号の説明】
１  変圧器鉄心の脚部
２  変圧器鉄心のヨーク部
３  変圧器鉄心のＴ接合部
４  Ｔ接合部領域
５  歪み付与領域
６  平ロール
７  線状突起ロール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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