(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カット部分の位置を階段状にずらせた一群の電磁鋼帯を複数群、径方向に密着させて重ねて形成されるワンターンカット形の巻鉄心において、前記一群の電磁鋼帯のカット部分群に該カット部分群より長い長さの絶縁体を配設し、かつ、隣接する電磁鋼帯群の間にも電磁鋼帯群同士が接触しないように絶縁体を配設したことを特徴とする変圧器の巻鉄心。
【請求項２】
カット部分の位置を階段状にずらせた一群の電磁鋼帯を複数群、径方向に密着させて重ねて形成されるワンターンカット形の巻鉄心において、前記一群の電磁鋼帯のカット部分群に該カット部分群より長い長さの絶縁体を配設し、かつ、隣接する電磁鋼帯群の間に電磁鋼帯群同士が接触しないように非磁性の金属体を配設したことを特徴とする変圧器の巻鉄心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ワンターンカット形の巻鉄心において、励磁突入電流の減少を図るようにした変圧器の巻鉄心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器の励磁突入電流は、電源電圧の瞬時値が「０」の時に投入され、しかも巻鉄心内の残留磁気の方向と電圧投入直後の磁束の方向とが一致した場合に最大となり、その場合、励磁突入電流が最大となる第１サイクルの電流の最大値ｉｍａｘ  は、下記式で表わされる。
【０００３】
ｉｍａｘ  ＝Ｎ・Ａ（２Ｂｍ  ＋Ｂｒ  −２）／Ｌ
（  Ｎ；励磁巻線の巻数，  Ａ；巻鉄心の断面積，  Ｌ；励磁巻線の空心インダクタンス，  Ｂｍ  ；常規磁束密度，  Ｂｒ  ；残留磁束密度  ）
この式から明らかなように、励磁突入電流の最大値ｉｍａｘ  を減少させるためには、常規磁束密度Ｂｍ  を減少させること、又は、残留磁束密度Ｂｒ  を減少させることが有効であることが分かる。
【０００４】
そして、常規磁束密度Ｂｍ  を減少させるにあたっては、巻鉄心の断面積Ａを大きな値に設定するか、あるいは、励磁巻線の巻数Ｎを増加させることが考えられる。
【０００５】
一方、残留磁束密度Ｂｒ  を減少させるにあたっては、巻鉄心に図７に示すようなバットギャップ５５，５５を積極的に設けることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者においては、例えば常規磁束密度Ｂｍ  を１／２にしようとすると変圧器の容積が等価的に２倍になり変圧器の大型化、コストアップ等の問題や、インピーダンス電圧、電圧変動率が増加するという問題等がある。
【０００７】
一方、後者においては、後述するように、残留磁束密度Ｂｒ  の大幅な減少を達成できるが、バットギャップ部分に大きな振動性の力が作用し、バットギャップ部分が騒音源になるという問題や、この騒音を防止するために、一般の変圧器に比べて鉄心を強固に固定するためのなんらかの特別な対策を講じなければならないという問題等がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点にかんがみ、図７に示すようなギャップ入り鉄心のようにバットギャップ５５，５５を設けることなく、一般の変圧器の巻鉄心と類似の構造で残留磁束密度を低減し、励磁突入電流の減少を図ることができる巻鉄心を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る変圧器の巻鉄心は、カット部分の位置を階段状にずらせた一群の電磁鋼帯を複数群、径方向に密着させて重ねて形成されるワンターンカット形の巻鉄心において、前記一群の電磁鋼帯のカット部分群に該カット部分群より長い長さの絶縁体を配設し、かつ、隣接する電磁鋼帯群の間にも電磁鋼帯群同士が接触しないように絶縁体を配設したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る変圧器の巻鉄心は、カット部分の位置を階段状にずらせた一群の電磁鋼帯を複数群、径方向に密着させて重ねて形成されるワンターンカット形の巻鉄心において、前記一群の電磁鋼帯のカット部分群に該カット部分群より長い長さの絶縁体を配設し、かつ、隣接する電磁鋼帯群の間に電磁鋼帯群同士が接触しないように非磁性の金属体を配設したことを特徴とする。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、一実施例に係る変圧器のワンターンカット形巻鉄心の斜視図を示している。
【００１３】
図１において、１は電磁鋼帯群、２は電磁鋼帯のカット部分（合わせ目）を表わしている。
【００１４】
図１に示すように、各電磁鋼帯群１における複数のカット部分２は、階段状にずれて位置している。また、複数の電磁鋼帯群１は、径方向に密着させて重ねて形成されている。
【００１５】
また、カット部分２付近の拡大図である図２に示すように、各電磁鋼帯群１のカット部分群６には、該カット部分群６より長い長さの絶縁体３が配設されている。また、隣接する電磁鋼帯群１の間にも、電磁鋼帯群１同士が接触しないように絶縁体４が配設されている。
【００１６】
本実施例の巻鉄心は、上記のように構成されているため、図３に示すように、磁束φは、配設した絶縁体３，４のいずれかを通らなければならない。このことは、以下に述べるように、大幅な残留磁束密度の減少を達成できることを意味している。
【００１７】
すなわち、合計０．１ｍｍのカット部分を有する磁路長１ｍの鉄心で常規磁束密度が１Ｔの場合を例に挙げて説明すると、その鉄心部分における磁束密度と必要な起磁力との関係は、材料の加工及び鉄心の組立てによる材料特性の変化がないものと仮定すると、図４における図形（１）  で示すような曲線で表わされる。一方、カット部分の磁束密度と必要な起磁力との関係は、下記式
磁束密度＝起磁力×４π×１０−７／（０．１×１０−３）
で表わされ、図４における図形（２）  で示すような直線で表わされる。
【００１８】
そして、鉄心全体における磁束密度と起磁力との関係は、図４図示図形(1) と図形(2) とを合成して、図５に示すような曲線で表わすことができる。この図５に示す図形と図４図示図形(1) とを例にとって比較すれば明らかなように、カット部分無しの鉄心の残留磁束密度Ｂr が０．７（Ｔ）であるのに対し、カット部分有りの鉄心の残留磁束密度Ｂr は０．０６（Ｔ）となり、残留磁束密度Ｂr が大幅に減少することが分かる。
【００１９】
しかしながら、従来の一般的構造の巻鉄心の場合、鉄心への起磁力を零にする、換言すると、励磁巻線に対する電圧印加を解除したとき、図８に示すように、磁束φは磁気抵抗の大きなカット部分２を迂回してしまい、上述したようなカット部分２による残留磁束密度Ｂｒ  の大幅な減少という効果を実際には発揮できていなかった。これに対し、本実施例の巻鉄心の場合、磁束φは図３に示すように絶縁体３，４を通るため、残留磁束密度Ｂｒ  の大幅な減少を達成できる。
【００２０】
次に、本発明の効果を概算して示す。一般の変圧器で、常規磁束密度Ｂｍ  が１．５（Ｔ）、残留磁束密度Ｂｒ  が常規磁束密度Ｂｍ  の８０％である１．２（Ｔ）、Ｋ＝Ｎ・Ａ／Ｌとすると、
ｉｍａｘ  ＝Ｋ（２×１．５＋１．２−２）＝２．２Ｋ
となる。これに対し、この変圧器に非磁性絶縁体を挿入し残留磁束密度Ｂｒ  を０．１（Ｔ）にしたとすれば、
ｉｍａｘ  ＝Ｋ（２×１．５＋０．１−２）＝１．１Ｋ
となり、励磁突入電流は半減する。
【００２１】
逆に、鉄心構造が同じままで常規磁束密度を下げて励磁突入電流を１．１Ｋまで下げようとすると、残留磁束密度を常規磁束密度の８０％として逆算すると、常規磁束密度を１．１１（Ｔ）に下げなければならない。実際は、常規磁束密度を下げればＫの値も変わってくるが、常規磁束密度を大幅に下げなければならないことに変わりはない。
【００２２】
次に、励磁突入電流を定格電流程度に抑制した変圧器について検討する。先の式で右辺を近似的に「０」として常規磁束密度を逆算してみると、一般の変圧器の場合は、残留磁束密度を常規磁束密度の８０％として０．７１４（Ｔ）になる。一方、鉄心脚にバットギャップを入れ、あるいは、互いに隣接する抜板ブロック間に非磁性絶縁体を入れ、残留磁束密度を０．１（Ｔ）にした場合は、０．９５（Ｔ）となる。即ち、残留磁束密度を０．１（Ｔ）とした場合は、設計磁束密度を１．３３倍と高くとれることを示している。一方、変圧器の製造コストは、構造が類似の場合、等価容量の０．３〜１乗（普通は０．６５乗程度）に比例する。等価容量は設計磁束密度に反比例するので、結局変圧器の製造コストは設計磁束密度の０．３〜１．０乗（普通は０．６５乗）に反比例することになる。
【００２３】
そこで、０．６５乗に反比例すると仮定して試算すると、非磁性絶縁体を入れる方法は、磁束密度を単純に下げる方法と比較してコストは８３％になる。非磁性絶縁体の増加、製造工数の増加を考慮しても１０数％のコスト低減が期待できる。
【００２４】
しかし、構造が大きく変わった場合のコストは、上記のように一概には論じられない。同じ残留磁束を低減する方法でも、先に述べた鉄心脚にバットギャップを入れる構造とした場合は、それによるコストアップをみなければならない。
【００２５】
それでも、容量の大きい変圧器の場合で励磁突入電流を一般の変圧器より大幅に下げる必要がある場合は、バットギャップを入れる効果はある。小容量の変圧器の場合は、バットギャップを入れるためのコストアップの割合が大きくなり、磁束密度を大きく下げてもギャップを入れない方が有利になることが多い。
【００２６】
本実施例の励磁突入電流防止変圧器は、バットギャップを入れないで残留磁束密度を低くしたもので、電磁鋼帯のカット部分を電磁鋼帯の積層方向（径方向）に締め付けることは必要であるが、その他の構造が一般のワンターンカット形巻鉄心変圧器と類似となるので、経済的に大変有利である。また、励磁突入電流を磁束密度の低減だけで対処した変圧器と比較して電圧変動率の増加は少なく、また、バットギャップ入変圧器にありがちなギャップによる騒音の問題もなく、特性的にもバランスのとれた欠点の少ない変圧器といえる。
【００２７】
なお、本実施例の巻鉄心を製造するにあたっては、配設する絶縁体のスペースを考慮して鉄心を設計、製造することが必要なことは当然である。
【００２８】
図６は、本発明の他の実施例に係る巻鉄心、すなわち、電磁鋼帯群１のカット部分群６に該カット部分群６より長い長さの絶縁体３を配設し、かつ、隣接する電磁鋼帯群１の間に電磁鋼帯群同士が接触しないように非磁性の金属体５を配設したことを特徴とする巻鉄心における、磁束Φの流れを示している。
【００２９】
巻鉄心を上記のように構成したことにより、図６に示すように、磁束φは、非磁性の金属体５を通過することができないため、必ず絶縁体３を通って流れるようになる。
【００３０】
このため、本実施例の巻鉄心によっても、上述した実施例と同様、大幅な残留磁束密度の減少を達成できるようになる。
【００３１】
なお、本発明は、単相２脚巻鉄心に限定されるものではなく、単相３脚巻鉄心、三相３脚巻鉄心、三相５脚巻鉄心等に幅広く適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、残留磁束密度を低減させ、励磁突入電流の減少を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例に係る変圧器の巻鉄心の斜視図
【図２】その要部拡大図
【図３】上記要部における磁束の流れを示す図
【図４】起磁力と磁束密度との関係を示すグラフ
【図５】同じく、起磁力と磁束密度との関係を示すグラフ
【図６】他の実施例に係る巻鉄心の要部における磁束の流れを示す図
【図７】従来例のギャップ入り巻鉄心の斜視図
【図８】従来からの一般的構造の巻鉄心の問題点を説明するための説明図
【符号の説明】
１    電磁鋼帯
２    カット部分
３    絶縁体
４    絶縁体
５    非磁性の金属体
６    カット部分群
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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