(57)【要約】【課題】鉄心の磁束の流れにおける磁気抵抗を減少させることが可能な変圧器を提供する。【解決手段】１つの柱状鉄心２と、柱状鉄心２の周囲に配置された１または２以上の筒状鉄心５と、柱状鉄心２の軸方向端部２ａ、２ｂに接続するとともに筒状鉄心５の軸方向端部５ａ、５ｂに接続する２つの板状鉄心１と、柱状鉄心２と筒状鉄心５との間に配置された一次コイル３及び二次コイル４と、を備える筒状の変圧器であり、柱状鉄心２の比透磁率をμ0、柱状鉄心２の断面積をＳ0、k番目の筒状鉄心５の比透磁率をμk、k番目の筒状鉄心５の断面積をＳk、としたとき、少なくとも一つの筒状鉄心５について０．８０≦（μk×Ｓk）／（μ0×Ｓ0）≦１．２０が成立することを特徴とする変圧器を採用する。【選択図】図１
2018117046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの柱状鉄心と、該柱状鉄心の周囲に配置された１または２以上の筒状鉄心と、
前記柱状鉄心の軸方向端部に接続するとともに前記筒状鉄心の軸方向端部に接続する２つの板状鉄心と、
前記柱状鉄心と前記筒状鉄心との間に配置された一次コイル及び二次コイルと、を備える筒状の変圧器であり、
前記柱状鉄心の比透磁率をμ0、
前記柱状鉄心の断面積をＳ0、
前記k番目の筒状鉄心の比透磁率をμk、
前記k番目の筒状鉄心の断面積をＳk、
としたとき、少なくとも一つの筒状鉄心について下記の式（１）が成立することを特徴とする変圧器。
【数１】
2018117046.tif 000016
ただし、式（１）における添字ｋは、１以上の自然数であり、柱状鉄心の最も近くに配置された筒状鉄心を１とし、柱状鉄心から離れるに従い１づつ増加した数とする。
【請求項２】
請求項１の変圧器において、さらに、
一方の前記板状鉄心の比透磁率をμplate1とし、その軸方向に垂直な断面積をＳplate1とし、
他方の前記板状鉄心の比透磁率をμplate2とし、その軸方向に垂直な断面積をＳplate2としたとき、
下記式（２）及び下記式（３）が成立することを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【数２】
2018117046.tif 000017
【請求項３】
前記柱状鉄心、前記筒状鉄心、前記板状鉄心のうち少なくとも一つが、質量％で、
０．１≦Ｓｉ≦３．５、
０．１≦Ｍｎ≦１．５、
Ａｌ≦２．５、
Ｃ≦０．００３、
Ｎ≦０．００３、
Ｓ≦０．００３、
残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材を素材とする鉄心であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変圧器。
【請求項４】
前記鋼材が、電磁鋼板の単体または２以上の電磁鋼板の積層体であることを特徴とする請求項３に記載の変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器等に使用される変圧器は、省エネルギー化の観点等から、更なる高効率化が求められている。このような要求から、変圧器等の鉄心に用いられる無方向性電磁鋼板により低鉄損高磁束密度化が求められ、あわせてその磁気特性と鉄心構造を考慮した改善が求められている。
【０００３】
特許文献１には、鉄心に円筒状のギャップがあり、ギャップをはさんだ鉄心に電磁誘導により磁束を伝え、トランスとして動作させる技術が記載されている。
また、特許文献２には、コイルと円筒鉄心を同心円状に配置し、巻線スペースに一次巻線と二次巻線を同心円状にコイルとして巻いて設置する技術が開示されている。
更に、特許文献３には、リアクトルにおいて、磁性コアを構成する複合材料における磁性粉末の分布が不均一になることを抑制する技術が開示されている。
更にまた、特許文献４には、リアクトルにおいて、コイルを励磁した際の磁束の漏れを効果的に低減できる技術が開示されている。
また、特許文献５には、ギャップレスで組立作業性に優れるリアクトルに関する技術が開示されている。
更に、特許文献６には、筒状のコイルが、芯部、底部、円筒部からなるコアに収納されたリアクトルが開示されている。芯部、底部、円筒部からなるコアは、絶縁樹脂に磁性粉末を混合して分散させ、これらを成型することにより製造されている。
更に、特許文献７には、リアクトル用コアにおいて、円柱状の内側コア、外側コア、端部コアからなり、円筒部と端部コアを嵌合する構造が開示されている。
更に、特許文献８には分離トランスにおいて外部磁界が鉄心内の磁界に影響を与えないように２つの導電性材料で変圧器を覆う構造が開示されている。
更に、特許文献９には、スイッチング電源用変圧器において、トランス定数決定の方法が示されており、その際にコアのギャップの真空比透磁率を使用する方法が開示されている。
また、実用新案登録３１７０３８４号には、発光管内に設置する小型変圧器において、鉄心断面積を定める方法が開示されている。
しかし、これら特許文献１〜１０に記載された技術はいずれも、筒状変圧器における構造に関したものでなく、鉄心の磁束の流れにおける磁気抵抗を減少させることを課題としたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５７３１３号公報
【特許文献２】特開２０００−１１４０６３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１７９２５９号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４９９４３号公報
【特許文献５】特開２０１３−１６２０６９号公報
【特許文献６】特開２０１２−５４４８３号公報
【特許文献７】特開２００８−４１７２１号公報
【特許文献８】特開２０００−１１４０７７号公報
【特許文献９】特開２００２−２５２１３１号公報
【特許文献１０】実用新案登録第３１７０３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、変圧器の特性向上のため、電磁鋼板の磁気特性は、通常、当該鋼板の板面に平行な方向で評価される場合が多かった。そのため、磁化容易軸である＜１００＞方向を鋼板の板面に平行な方向に配置するよう結晶方位制御の努力が向けられてきた。
しかし、変圧器の特性はこれを構成する鉄心における磁束の流れやすさである磁気抵抗が肝要であり、無方向性電磁鋼板の磁気特性を考慮した変圧器の設計が必要と考えられた。
【０００６】
本発明は、上記要請に鑑みてなされたものであり、筒状鉄心の磁束の流れを均一化して磁気抵抗を減少させ、効率を高めることが可能な変圧器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の要旨は以下の通りである。
［１］  １つの柱状鉄心と、該柱状鉄心の周囲に配置された１または２以上の筒状鉄心と、
前記柱状鉄心の軸方向端部に接続するとともに前記筒状鉄心の軸方向端部に接続する２つの板状鉄心と、
前記柱状鉄心と前記筒状鉄心との間に配置された一次コイル及び二次コイルと、を備える筒状の変圧器であり、
前記柱状鉄心の比透磁率をμ0、
前記柱状鉄心の断面積をＳ0、
前記k番目の筒状鉄心の比透磁率をμk、
前記k番目の筒状鉄心の断面積をＳk、
としたとき、少なくとも一つの筒状鉄心について下記の式（１）が成立することを特徴とする変圧器。
【数１】
2018117046.tif 000003
ただし、式（１）における添字ｋは、１以上の自然数であり、柱状鉄心の最も近くに配置された筒状鉄心を１とし、柱状鉄心から離れるに従い１づつ増加した数とする。
［２］  上記［１］の変圧器において、さらに、
一方の前記板状鉄心の比透磁率をμplate1とし、その軸方向に垂直な断面積をＳplate1とし、
他方の前記板状鉄心の比透磁率をμplate2とし、その軸方向に垂直な断面積をＳplate2としたとき、
下記式（２）及び下記式（３）が成立することを特徴とする上記［１］に記載の変圧器。
【数２】
2018117046.tif 000004
［３］  前記柱状鉄心、前記筒状鉄心、前記板状鉄心のうち少なくとも一つが、質量％で、
０．１≦Ｓｉ≦３．５、
０．１≦Ｍｎ≦１．５、
Ａｌ≦２．５、
Ｃ≦０．００３、
Ｎ≦０．００３、
Ｓ≦０．００３、
残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材を素材とする鉄心であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の変圧器。
［４］  前記鋼材が、電磁鋼板の単体または２以上の電磁鋼板の積層体であることを特徴とする上記［３］に記載の変圧器。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、筒状鉄心の磁束の流れにおける磁気抵抗を減少させて、効率を高めることが可能な変圧器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態の変圧器の一例である単相変圧器を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す単相変圧器の横断面における磁束の流れを示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態の変圧器の一例である三相変圧器の横断面における各鉄心と、一次コイル及び二次コイルとの配置関係を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態の変圧器の別の例である単相変圧器を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態の変圧器について説明する。
図１に、本実施形態の変圧器の一例である筒状の単相変圧器の分解斜視図を示し、図２に変圧器の断面図を示す。図２には、変圧器が作動した場合の磁束の流れを矢印で示している。図１および図２に示す変圧器は、柱状鉄心２と、柱状鉄心２の周囲に同心環状に配置された筒状鉄心５と、柱状鉄心２及び筒状鉄心５を上下から挟むように配置された板状鉄心１と、柱状鉄心２及び筒状鉄心５の間に配置された一次コイル３及び二次コイル４と、から構成されている。
【００１１】
筒状鉄心５は、柱状鉄心２を中心にしてほぼ同心円状に配置されている。また、柱状鉄心２の周囲に一次コイル３が配置され、一次コイル３の外周側に二次コイル４が配置され、更にその外周側に筒状鉄心５が配置されている。一次コイル３と二次コイル４の巻数比は電圧降下もしくは電圧上昇のいずれの用途にも適用可能な巻数比であってもよい。また、コイルの占積率を向上させるために平角線や断面が正方形の巻線を一次コイル３および二次コイル４に用いてもよい。
【００１２】
図１および図２に示すように、板状鉄心１は、柱状鉄心２の軸方向端部２ａ、２ｂに接続されている。また、板状鉄心１は、筒状鉄心５の軸方向の端部５ａ、５ｂにも接続されている。ここで、柱状鉄心２の軸方向とは、柱状鉄心２の高さ方向と平行な方向であり、変圧器が作動した際に柱状鉄心２に磁束が流れる方向とほぼ平行な方向である。そして、柱状鉄心２の軸方向端部２ａ、２ｂとは、図１および図２に示すように、柱状鉄心２の高さ方向の両端部である。また、筒状鉄心５の軸方向とは、筒状鉄心５の高さ方向と平行な方向であり、変圧器が作動した際に筒状鉄心５に磁束が流れる方向とほぼ平行な方向である。そして、筒状鉄心５の軸方向端部５ａ、５ｂとは、図１および図２に示すように、筒状鉄心５の高さ方向の両端部である。
更に、変圧器の軸方向とは、柱状鉄心２または筒状鉄心５の軸方向に平行な方向である。
【００１３】
また、図１および図２に示す例では、筒状鉄心５の数は１つであるが、後述する図３に示すように、本発明の変圧器における筒状鉄心の数は１つに限らず２以上であってもよい。
【００１４】
本発明における変圧器は、単相もしくは３相以上の多相変圧器において、鉄心内を磁束の流れを円滑化することを特徴としている。
【００１５】
つまり、変圧器を構成する柱状鉄心２、筒状鉄心５および板状鉄心１において、柱状鉄心２の断面積、筒状鉄心５の断面積および板状鉄心１の断面積と、柱状鉄心２の比透磁率、筒状鉄心５の比透磁率および板状鉄心１の比透磁率が特定の関係にある場合に、変圧器内の磁束の流れが著しく円滑化し、本発明の変圧器の効率などの特性が向上する。
【００１６】
まず、柱状鉄心２、筒状鉄心５、板状鉄心１の断面積について説明する。
柱状鉄心２および筒状鉄心５の断面積は、変圧器の軸方向に垂直な断面での面積とする。本明細書では基本的に、柱状鉄心２および筒状鉄心５についての軸方向での断面積の変動はないものとして説明しているが、軸方向に沿って断面積が変化する場合は、その平均値を断面積とする。
板状鉄心１については、「変圧器の軸方向から見た板状鉄心の形状についての重心」を通り、変圧器の軸方向に平行な最小の断面積とする。ここで「最小の断面積」とするのは、この断面内で磁束密度が最大になり、本発明で規定する比透磁率との関連で変圧器の効率に及ぼす影響が大きくなるためである。
【００１７】
次に、各鉄心の断面積Ｓおよび比透磁率μを区別するための添字について説明する。断面積を表す記号Ｓおよび比透磁率を表すμの添字0は、柱状鉄心２についての断面積および比透磁率を示す。また、1以上の添字は、筒状鉄心５を１個または複数個有する変圧器において、柱状鉄心２に近い側の筒状鉄心３から外側に向かって順番に番号をつけ、それぞれの断面積および比透磁率を区別して示すものである。また、添字「plate」は、板状鉄心１の断面積および比透磁率を示す。
例えば、図３の変圧器は筒状鉄心５を３個有する構造であり、柱状鉄心２については断面積Ｓ0と比透磁率μ0が、筒状鉄心５については断面積Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、および比透磁率μ1、μ2、μ3が規定される。
【００１８】
本発明は変圧器を構成する各鉄心について、上記のように規定される各鉄心の断面積と比透磁率が式（１）を満足することで、変圧器の効率を良好なものとできるものである。
【００１９】
【数３】
2018117046.tif 000005
ただし、式（１）における添字ｋは、１以上の自然数であり、柱状鉄心の最も近くに配置された筒状鉄心を１とし、柱状鉄心から離れるに従い１づつ増加した数とする。
【００２０】
注意を要するのは、式（１）において、筒状鉄心５が複数個存在する場合に、すべての筒状鉄心５（すべてのｋ）について式（１）が成立する必要はないことである。どれか一つの筒状鉄心５についてでも式（１）が成立すれば発明効果を得ることが可能だからである。もちろん、式（１）を満足する筒状鉄心５の数が多い方が発明効果として好ましく、すべての筒状鉄心５（すべてのｋ）について式（１）を満足することが好ましいことは言うまでもない。
【００２１】
更に本発明において２個存在する板状鉄心については、その形状および素材の比透磁率は同一であることが好ましいが、本発明はこの条件に限定されるものではない。本発明において２個存在する板状鉄心については、以下の条件を満たすことでより優れた効率を発揮できる。
２個の板状鉄心の断面積をそれぞれＳplate1、Ｓplate2、対応する比透磁率をそれぞれμplate1、μplate2とした際、
【００２２】
【数４】
2018117046.tif 000006
【００２３】
または、
【００２４】
【数５】
2018117046.tif 000007
【００２５】
を満たすことで変圧器の効率が向上し、
さらに、
【００２６】
【数６】
2018117046.tif 000008
【００２７】
を満たすことは非常に好ましい形態である。
【００２８】
式（１）〜式（３）の値が０．８０未満であると、変圧器全体の磁気抵抗が増加し、本発明の変圧器の効率などの特性が低下するので、０．８０以上に定める。式（１）〜式（３）の値が１．２０超となると、変圧器の板状鉄心の重量が増加し、コスト高ともなるので１．２０以下に定める。さらに好ましくは式（１）〜式（３）が０．９０以上１．１０以下においてよりすぐれた変圧器の効率などの特性を示す。
【００２９】
また、より好ましくは、式（４）の値は０．８０以上であるとよい。これにより、変圧器全体の磁気抵抗が低下し、本発明の変圧器の効率などの特性が向上する。また、式（４）の値は１．２０以下がよい。これにより、変圧器の板状鉄心の重量が低減し、コスト安となる。さらに好ましくは式（４）が０．９０以上１．１０以下においてよりすぐれた変圧器の効率などの特性を示す。
【００３０】
なお、発明として規定はしないが、ｎ個の筒状鉄心５を有する変圧器において、板状鉄心１も含めて全ての鉄心において式（１）〜式（４）の値が１となることが最良の形態となる。つまり、この場合、式（Ａ）が成立する。
【００３１】
μ0×Ｓ0＝μ1×Ｓ1＝・・・＝μn×Ｓn＝μplate1×Ｓplate1＝μplate2×Ｓplate2  ・・・  式（Ａ）
【００３２】
次に、柱状鉄心２、筒状鉄心５、板状鉄心１の比透磁率の決定方法を説明する。
本発明においては、各鉄心に用いる鋼材について、鉄心として使用する際の磁化方向を考慮し、鋼材をヘルムホルツコイル内で特定の方向に磁化して比透磁率を求める。
柱状鉄心２と筒状鉄心５については、変圧器軸方向が磁化方向となるので、ヘルムホルツコイル内で鋼材がこの方向に磁化されるように鋼材を配置して比透磁率を求める。
【００３３】
測定にあたっては鋼材を設置する部分のヘルムホルツコイル内の磁界が均一となるようにヘルムホルツコイルのサイズと鋼材のサイズを決めればよい。このサイズは相対的に決まるので、ヘルムホルツコイルのサイズ及び被測定鋼材のサイズの絶対値を定める必要は原理的に必要がない。
また、比透磁率の測定では、変圧器の一次コイルに流す電流から計算される各鉄心の動作最大磁束密度に到達するように磁気測定を行い、鋼材の比透磁率を求める。
【００３４】
板状鉄心１は磁化方向が板面内では放射状となり、さらに板厚方向への磁化成分も大きいので、鋼材が様々な方向に磁化されるようにヘルムホルツコイル内に配置した際の比透磁率を測定し、その平均値を板状鉄心の比透磁率とする。具体的には、それぞれが９０°をなすX-Y-Z軸空間において、X-Y平面が板状鉄心の板面に一致し、Z方向が板状鉄心の板厚方向に一致するとした場合に、鋼材をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に磁化して求めた比透磁率μx、μy、μzにより、下記式（Ｂ）を板状鉄心の比透磁率とする。
【００３５】
【数７】
2018117046.tif 000009
【００３６】
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の測定にあたっては、圧延方向を規定出来ない鋼材を使用する場合などは、任意の方向をＸＹ平面におけるＺ軸周りの回転座標の０°方向に設定し、２２．５°おきに比透磁率を測定する方法が例としてあげられる。
すなわち、この方法においては、基準とした０°方向を起点に時計回りに２２．５°おきに比透磁率μをＸＹ平面内にて測定する。
基準方向０°から時計回りに２２．５°、４０°、６７．５°、９０°の比透磁率を測定し、μ０、μ２２．５、μ４５、μ６７．５、μ９０と名付ける。測定方向の対称性から、９０°以上の方向の比透磁率を測定することは原理的に必要ない。
これらをもとに下記式（Ｂ１−２２．５−１）を用い、式（Ｂ２）にて板状鉄心の比透磁率μを決定する。
【００３７】
【数８】
2018117046.tif 000010
【００３８】
測定精度を向上させるのであれば、時計回りに２２．５°おきに一周の比透磁率μを測定し、式（Ｂ２−２２．５−２）のようにμXYを求め、式（Ｂ２）により板状鉄心の比透磁率μを求めことも例示できる。
【００３９】
【数９】
2018117046.tif 000011
【００４０】
本発明の板状鉄心１の透磁率の測定方法は上記の方法に限定されるものではない。たとえば、測定精度を向上させるためにＸＹ平面内の測定間隔をさらに細かく取り、その加重平均を取ることによりμXYを求めることも例示できる。
例えば１０°おきに時計回りにＸＹ方向の比透磁率μを測定した場合は、式（Ｂ１−２２．５）は下記式（Ｂ１−１０）の様に変更される。
【００４１】
【数１０】
2018117046.tif 000012
【００４２】
このμXYを用い、先述の方法で求めたμZと合わせて式（Ｂ２）により板状鉄心の比透磁率μを求める。
この測定方法では等価方向が存在しないため、μXYが式（Ｂ１−２２．５）と異なる。
測定間隔を設定する際には等価方向に留意し加重平均の式を立式するか、もしくは機械的に全周にわたり等間隔に比透磁率を測定してその平均値をμXYとすることとなる。
アナログ測定では連続的に測定を行い、積分平均値としてμXYを求めることも例示できる。デジタル測定では全ての間隔でＺ軸周りにＸＹ平面内を一周測定した平均値が板状鉄心の比透磁率μXYとなる。数値解析によりデジタル測定値を連続化した場合はその積分平均値がμXYとなる。
以上に例示した方法によりμXYを求め、μZと合わせて式（Ｂ２）により板状鉄心の比透磁率μを求める。
本発明の板状鉄心１の比透磁率μの測定方法は以上に記述した方法に限定されるものではない。
【００４３】
板状鉄心１を圧延により製造される鋼板により、またはこれを積層して形成する場合は、磁化方向を鋼板の圧延方向として求めた比透磁率μＬ、磁化方向を鋼板面内で圧延方向から９０°の方向として求めた比透磁率μＴ、さらに磁化方向を板厚方向として求めた比透磁率μｖから下記の式（Ｃ）により求める。
【００４４】
【数１１】
2018117046.tif 000013
【００４５】
注意を要するのは、鋼板の板厚方向の比透磁率の測定である。本発明で素材としての使用を想定している鋼板、例えば電磁鋼板は、一般的には０．１〜０．５ｍｍ程度の板厚である。このような薄い板の板厚方向の磁化特性については、これを積層して測定することが可能である。
【００４６】
次に、本実施形態の変圧器を構成する柱状鉄心２、筒状鉄心５および板状鉄心１の詳細について説明する。
本実施形態に係る柱状鉄心２、筒状鉄心５および板状鉄心１は、いずれも鋼材から構成される。鉄心の素材を鋼材とするのは、各鉄心の比透磁率μ0、μkまたはμplateを高くすることが可能だからである。各鉄心の比透磁率は高い方が励磁巻線（一次コイル、二次コイル）の銅損を減少し変圧器の効率向上に有利となる。鋼材としては、鋼のバルク材、電磁鋼板または電気鉄板を例示できる。更に、電磁鋼板としては、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板を例示できる。以下の説明では、電磁鋼板および電気鉄板を総称して鋼板と呼ぶ場合がある。また、方向性電磁鋼板および無方向性電磁鋼板を総称して電磁鋼板と呼ぶ場合がある。
【００４７】
柱状鉄心２、筒状鉄心５および板状鉄心１は、鋼のバルク材で構成してもよい。例えば、所定の径の鋼線を適当な長さに切断して柱状鉄心としてもよい。また、比較的厚みのある鋼管を筒状鉄心に転用してもよい。更に、厚板を所定の形状に切り出して板状鉄心としてもよい。このようにして得た鉄心は。いずれも鋼のバルク材となる。
【００４８】
また、柱状鉄心２、筒状鉄心５および板状鉄心１は、次に説明するように、鋼板を適宜加工したものであってもよい。
【００４９】
柱状鉄心２および筒状鉄心５は、鋼板を所定の形状に切断して板片とし、この板片を積層した積層鉄心としてもよい。具体的には、鋼板の板面内方向が変圧器の軸方向に一致するように、様々な幅に切断した短冊状の鋼板を変圧器の軸方向に垂直な方向に積み重ねることが可能である。この場合、鋼板の板面内で特に比透磁率が高い方向を選択して鉄心の磁化方向に揃えることが容易となるので、変圧器効率の点では有利である。ただし、様々な形状の短冊状の鋼板を準備する必要があり、生産性では劣る。また、同一形状の板片を積層した後、必要な鉄心形状に切削などにより加工しても良い。
【００５０】
または、鋼板の板厚方向を変圧器の軸方向として、鋼板を変圧器の軸方向に積み重ねても良い。この場合、積層鉄心を構成する板片の平面視形状は、柱状鉄心２の長手方向と直交する断面形状になる。従って例えば、円柱状の柱状鉄心２は、円形の板片を積層して構成すればよい。また、筒状鉄心５の場合は、環状に成形した板片を積層して構成すればよい。
【００５１】
積層鉄心は、絶縁体で覆ってもよい。積層鉄心を絶縁体で覆うことで、積層鉄心とコイルとの接触によりコイルの絶縁が破られることを防止できる。絶縁体としては、樹脂、セラミックスを例示できる。
【００５２】
積層鉄心を構成する鋼板は、例えば、キューブ方位が富化した、板面方向にＢＣＣ鉄の磁化容易軸である＜１００＞が一致した結晶粒を多く含む集合組織を有する無方向性電磁鋼板を使用することが、積層した板面垂直方向の磁束の流れを円滑にする点で好ましい。
【００５３】
また、柱状鉄心２は、鋼板を短冊状に成形した短冊片を積層したラミネート鉄心としてもよい。柱状鉄心２をラミネート鉄心とした場合の短冊片の積層方向は、磁束の流れる方向と直交する方向とする。言い換えると、ラミネート鉄心を構成する短冊片の長手方向を、柱状鉄心２の軸方向と平行にする。
【００５４】
ラミネート鉄心は、絶縁体で覆ってもよい。ラミネート鉄心を絶縁体で覆うことで、ラミネート鉄心とコイルとの接触によりコイルの絶縁が破られることを防止できる。絶縁体としては、樹脂、セラミックスの中空筒体を例示できる。絶縁体からなる中空筒体にラミネート鉄心を格納して柱状鉄心としてもよい。
【００５５】
ラミネート鉄心を構成する鋼板は、例えば、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、電気鉄板のいずれでもよい。ラミネート鉄心を方向性電磁鋼板で構成する場合は、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向を柱状鉄心の軸方向に一致させるようにすればよい。
【００５６】
また、柱状鉄心２および筒状鉄心５は、鋼板を巻回してなる巻鉄心としてもよい。鋼板の巻回軸の方向は、磁束の流れ方向と一致する方向とする。具体的には、変圧器を組み立てた際の柱状鉄心または筒状鉄心の高さ方向とするとよい。
一方、柱状鉄心２を巻鉄心とする場合は、適当な幅と長さを持つ鋼板を筒状に巻回して巻鉄心とすればよい。ここで、巻鉄心における鋼板の占積率は高いほどよいが、柱状鉄心２を巻鉄心とした場合の柱状鉄心２の中心部は、鋼板の巻回半径が小さくなり、残留応力の影響により磁気特性が劣化する度合いが大きくなる。従って、柱状鉄心２の中心部には筒状の空隙を残してもよい。
筒状鉄心５を巻鉄心とする場合は、適当な幅と長さを持つ鋼板を円環状に巻回して巻鉄心とすればよい。
【００５７】
巻鉄心を構成する鋼板は、例えば、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、電気鉄板のいずれでもよい。
柱状鉄心２を巻鉄心とする場合は、方向性電磁鋼板を用いるとよい、この場合、方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向を巻鉄心の巻回軸方向に一致させるようにすればよい。
筒状鉄心５を巻鉄心とする場合は、キューブ方位が富化した、板面方向にＢＣＣ鉄の磁化容易軸である＜１００＞が一致した結晶粒を多く含む集合組織を有する無方向性電磁鋼板を用いるとよい、この場合、巻回した板面垂直方向の磁束の流れが円滑になるため好ましい。
【００５８】
巻鉄心は１枚の鋼板を巻回するものに限らず、複数の鋼板を同心円状に重ねるように巻回して巻鉄心としてもよい。その際、突合せ部分を中心から外側に順にずらしたステップラップと称される公知の技術を使用してもよい。
【００５９】
コストの観点からは、柱状鉄心２および筒状鉄心５を巻鉄心で構成する場合は、鋼帯の幅方向に切り出した一枚の鋼板で巻くことが好ましいが、巻き長さが不足する場合は必要に応じ、不足する部分で鋼板を突き合わせて巻いてもよい。
【００６０】
本実施形態に係る電磁鋼板の厚みは、適宜調整すればよく特に限定されるものではないが、製造上の観点から、通常、０．００４ｍｍ以上０．６５ｍｍ以下であり、０．０１０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下がより好ましい。磁気特性と生産性のバランスの観点からは、０．０１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましい。
【００６１】
本実施形態では、柱状鉄心２および筒状鉄心５の軸方向の磁気特性が特に優れていることが好ましい。従ってこれら柱状鉄心２及び筒状鉄心５の構成材として方向性電磁鋼板を使用した場合は、柱状鉄心２および筒状鉄心５の軸方向がを方向性電磁鋼板の圧延方向と一致させるとよい。
また、一般的な無方向性電磁鋼板においては、圧延方向の磁気特性が優れているので、方向性電磁鋼板と同様に、柱状鉄心２および筒状鉄心５の軸方向がを無方向性電磁鋼板の圧延方向と一致させるとよい。無方向性電磁鋼板としては、熱延板焼鈍を施し、冷間圧延前の結晶粒径を粗大化し、再結晶集合組織中のＧＯＳＳ方位と呼ばれる｛１１０｝＜００１＞方位が富化した無方向性電磁鋼板であることが好ましい。
【００６２】
次に、板状鉄心１は、板状の部材であって、図１に示すように、柱状鉄心２の軸方向両端に接続されている。また、板状鉄心１は、筒状鉄心の軸方向両端にも接続されている。板状鉄心１は、鋼板を所定の形状に成形した板片を単独で用いるものでもよく、複数の板片を積層したものでもよい。板状鉄心１においては、磁束の流れ方向が板状鉄心の面内方向となり、かつ、面内での方向が柱状鉄心２と筒状鉄心５を結ぶような放射状になるため、無方向性電磁鋼板で構成されるとよい。
【００６３】
柱状鉄心２、筒状鉄心５及び板状鉄心１の接続部分における各鉄心の接合方法は、磁束の損失を極力小さくできるものであれば特に限定されない。例えば、下記（１）〜（４）に例示する接合方法を採用できる。
【００６４】
（１）各鉄心を接着剤により接合する。その際、接着間隙を極力薄くする接着剤により磁気抵抗を極力低減する。
（２）柱状鉄心が短冊状の電磁鋼板を積層した積層鉄心である場合、または、電磁鋼板を巻回して筒状にした巻鉄心である場合は、柱状鉄心の軸方向両端部に凸部を形成し、一方、板状鉄心には凹部を形成し、これらを嵌合する。あるいは、筒状鉄心に凹部を形成し、板状鉄心に凸部を形成し、これらを嵌合する。板状鉄心に凹部を設ける方法としては板状鉄心を切削し嵌合可能な凹部を設けるか、あるいは板状鉄心に筒状鉄心の凸部に応じた凹部を設ける。凹部を持つ板状鉄心は筒状鉄心の凸部に応じた隙間を有する板状鉄心を分割して打ち抜き、その間隙が筒状鉄心の凸部に嵌合する形状として積層する。積層枚数は凸部の出っ張りに応じた枚数とする。
これにより板状鉄心に凹部を形成し円筒鉄心の凸部と互いに勘合させる。ただし、板状鉄心を切削加工することにより残留応力が板状鉄心内に生じ磁気抵抗となるので極力残留応力が生じない加工方法を選択する必要がある。
（３）柱状鉄心が積層鉄心の外周を絶縁材で覆うものである場合、絶縁材に鉄心長手方向よりも凸となる部分を設け、板状鉄心を切削し嵌合可能な凹部を設け、これらを嵌合するか、あるいは板状鉄心を積層する際に筒状鉄心の凸部に応じた凹部を設け、絶縁材により形成された凸部と勘合させる。凹部を持つ板状鉄心は筒状鉄心の凸部に応じた隙間を有する板状鉄心を分割して打ち抜き、その間隙が筒状鉄心の凸部に嵌合する形状として積層する。積層枚数は凸部の出っ張りに応じた枚数とする。
これにより板状鉄心に凹部を形成し柱状鉄心を覆い凸となる絶縁材と嵌合させる。
ただし、板状鉄心を切削加工することにより残留応力が板状鉄心内に生じ磁気抵抗となるので極力残留応力が生じない加工方法を選択する必要がある。
（４）熱歪が極力低減できる方法で筒状鉄心と板状鉄心をスポット溶接など方法で溶接する。
【００６５】
各鉄心を以上のようにして接合することにより、柱状鉄心２、筒状鉄心５及び板状鉄心１からなる磁路が構成される。柱状鉄心２、筒状鉄心５及び板状鉄心１については、上記（１）式を満足する磁気特性を備えた鋼材からなることが好ましく、上記（２）式を満足する磁気特性を備えた鋼材からなることがより好ましい。特に、柱状鉄心２、筒状鉄心５、および板状鉄心１を構成する鋼材については、以下に説明する成分組成を有する電磁鋼板とすることが好ましい。これは、各鉄心の磁気特性を好ましいものとするためである。具体的な磁気特性は、比透磁率、鉄損および磁束密度である。特に、各鉄心の磁束の方向を考慮して、その方向に磁化容易軸がそろうように鋼材の結晶方位を制御するには、電磁鋼板を積層した構造とすることが好ましい。電磁鋼板は板面内の特定方向に磁化容易軸がそろうように結晶方位が制御されており、この方向を各鉄心の磁束の方向に揃えることは、筒状変圧器の特性にとって好ましい。電磁鋼板としては特別なものである必要はなく、公知の無方向性電磁鋼板または方向性電磁鋼板を素材とすることができる。
【００６６】
本実施形態の各鉄心に好適に適用可能な無方向性電磁鋼板は、例えば、質量％で、０．１≦Ｓｉ≦３．５、０．１≦Ｍｎ≦１．５、Ａｌ≦２．５、Ｃ≦０．００３、Ｎ≦０．００３、Ｓ≦０．００３、残部がＦｅ及びその他不可避不純物からなる。
【００６７】
無方向性電磁鋼板は、少なくとも、Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）を含有し、更にＡｌ（アルミニウム）を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｓ（硫黄）及びその他不可避不純物を含有してもよい、残部がＦｅ（鉄）からなる組成を有するものである。
【００６８】
（０．１≦Ｓｉ≦３．５）
無方向性電磁鋼板は、Ｓｉの含有割合が０．１％以上３．５％以下である。Ｓｉは電気抵抗を増加する作用を有するため、鉄損低減に寄与する。無方向性電磁鋼板は、鉄損低減の点から、Ｓｉの含有割合を０．１％以上とするものであり、０．５％以上が好ましく、さらに好ましくは１．０％以上がより好ましい。鉄損をさらに改善するためには１．９％以上がより好ましい。一方、本実施形態の無方向性電磁鋼板は、磁気特性に優れ、圧延作業性を良好にし、仕上げの焼鈍温度の上昇を抑制する点から、Ｓｉの含有割合を３．５％以下とするものであり、３．２％以下が好ましく、２．７％以下がより好ましい。圧延作業性をさらに改善するためには２．４％以下がより好ましい。
【００６９】
（０．１≦Ｍｎ≦１．５）
無方向性電磁鋼板は、Ｍｎの含有割合が０．１％以上１．５％以下である。
Ｍｎは電気抵抗を増加させ鉄損を低減する観点から０．１％以上とするものであり、１．５％超となると再結晶組織を微細化させ鉄損を増加させるため１．５％以下に定める。
鉄損を適切に低減する範囲としてより好ましいのは０．５％以上１．０％以下である。
【００７０】
（Ａｌ≦２．５）
無方向性電磁鋼板は、Ａｌを含有してもよい。無方向性電磁鋼板がＡｌを含有する場合、鉄損低減の点から、０．１％以上２．５％以下であることが好ましく、０．３％以上２．４％以下であることがより好ましく、さらに好ましくは０．９％以上２．３であることがより好ましい。
【００７１】
（不可避不純物）
無方向性電磁鋼板は、本発明の効果を損なわない範囲で、不可避的に混入する各種元素（不可避不純物）を含むものであってもよい。
このような元素としては、Ｃ、Ｎ、Ｓのほか、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ａｓ（ヒ素）、Ｚｒ（ジルコニウム）等が挙げられる。
Ｃの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００３％以下であり、さらに０．００２％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００１％以下が好ましい。
Ｎの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００３％以下であり、さらに０．００２％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００１％以下がより好ましい。
Ｓの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００３％以下であり、さらに０．００２％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００１％以下がより好ましい。
Ｔｉの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００４％以下であることが好ましく、さらに０．００３％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００２％以下がより好ましく、０．００１％以下が特に好ましい。
Ｎｂの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００３％以下であり、さらに０．００２％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００１％以下が好ましい。
Ａｓの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００３％以下であり、さらに０．００２％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００１％以下が好ましい。
Ｚｒの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．００３％以下であり、さらに０．００２％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．００１％以下が好ましい。
Ｐの含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．２５％以下であり、さらに０．１５％以下がより好ましい。さらに秀逸な磁気特性を得るためには０．１０％以下が好ましい。
また、不可避不純物全体の含有割合は、磁気特性に優れる点から、０．１％以下であることが好ましく、０．０５％以下であることがより好ましい。
【００７２】
無方向性電磁鋼板中の各元素の含有割合は、元素の種類に応じて下記の方法で公知の測定条件により測定することができる。
Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒについては、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法）により測定することができる。
Ａｓについては、フレームレス原子吸光法により測定することができる。
Ｃ、Ｓについては、燃焼赤外線吸収法により測定することができる。
また、Ｎについては、加熱融解−熱伝導法により測定することができる。
【００７３】
具体的には、まず、測定対象となる無方向性電磁鋼板を準備する。無方向性電磁鋼板が絶縁被膜やその他の層を備える場合には、予め公知の方法により当該被膜などを取り除く。
当該無方向性電磁鋼板の一部を切子状にして秤量し、これを測定用試料とする。当該測定用試料は、測定方法に応じて以下のように処理される。なお、燃焼赤外線吸収法、及び加熱融解−熱伝導法においては、上記切子状の測定用試料をそのまま用いることができる。
【００７４】
（Ａ）誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法）
前記測定用試料を酸に溶解し酸溶解液とする（必要に応じて加熱してもよい）。残渣は濾紙回収して別途アルカリ等に融解し、融解物を酸で抽出して溶液化する。当該溶液と前記酸溶解液とを混合し、必要に応じて希釈することにより、ＩＣＰ−ＭＳ測定用溶液とすることができる。
【００７５】
（Ｂ）フレームレス原子吸光法（ＡＡ法）
前記測定用試料を酸に溶解し酸溶解液とする（必要に応じて加熱してもよい）。得られた酸溶解液を必要に応じて希釈することにより、ＡＡ法測定用溶液とすることができる。
【００７６】
本実施形態の変圧器は、２つの板状鉄心１、柱状鉄心２、一次コイル３、二次コイル４、筒状鉄心５をそれぞれ別途作成し、組み上げるだけであるので、変圧器の製造工程が簡素でコストも低減される。また、鉄心を製造する際に、従来の各種変圧器のようにコイルを挿入するための溝や凹部を設ける必要がなく、構造が単純になる。
【００７７】
本実施形態の変圧器の一例として単相変圧器を説明したが、本発明の変圧器は単相変圧器に限らず、三相変圧器に適用してもよい。また、インバータの普及とともに問題となっている電源に含まれる高調波を低減するために使用される６相、１２相、２４相、３６相、４８相などの多相変圧器に適用してもよい。更に、移相巻線付変圧器等に適用してもよい。移送巻線付変圧器とは、千鳥結線として移相角を持たせた変圧器である。さらに、本発明の変圧器は、水冷、油冷、空冷等の技術により冷却される形式であってもよい。
【００７８】
変圧器が多相変圧器の場合、同心環状に配置された各筒状鉄心の間に一次コイルと二次コイルを配置する。その配置は筒状鉄心の軸方向に上下に配置してもよいが、本発明の効果をより活用するためには、同心円状に一次コイルと二次コイルを配置することが好ましく、また三相３巻線変圧器の場合は一次コイル、二次コイル及び三次コイルを同心円状に配置することが好ましい。
【００７９】
また、本発明の対象となる変圧器は、電気機器に用いられる小型変圧器のみならず、一般の変圧器、リアクトル、チョークコイル、カレントセンサ等、様々な用途で使用される変圧器であってもよい。
【００８０】
また、本実施形態における変圧器の一次コイル及び二次コイルはともに円周状に巻かれたものであるが、一次コイルと二次コイルのどちらを内側に配置するかについては、適宜その用途および変圧器の特性に応じて定めればよい。また、一次コイルと二次コイルを同心円状に重ねて配置するのみならず、図４のように一次コイル３と二次コイル４を柱状鉄心２の軸方向に沿って並べて配置してもよい。
【００８１】
また、一次コイル３及び二次コイル４の外部への導線は、筒状鉄心５に凹部を設けて取り出すことが加工の観点から好ましいが、板状鉄心１に溝などを形成し、この溝から導線を引き出してもよい。板状鉄心１に導線引出し用の溝を形成する場合は、打抜きの際に溝部を有する蹄鉄状の円環を打抜き、円環の切れ目を積層して導線引き出し部とすることが好ましい。これにより、積層が終了してから切削することによる筒状鉄心５の残留応力の影響を受けず、変圧器の特性をより向上できる。
【００８２】
また、本実施形態の変圧器を構成する一次コイル及び二次コイルに代えて、単一のコイルを柱状鉄心と筒状鉄心の間隙に配置してもよい。この場合はリアクトルとして機能させることができる。リアクトルを形成した場合であっても、本発明の効果を十分に得ることができる。
【００８３】
以下に本発明を三相変圧器に適用する場合の、変圧器構造の例を説明する。
【００８４】
図３に示す三相変圧器は、柱状鉄心２と、柱状鉄心２の周囲に同心環状に配置された３つの直径が異なる筒状鉄心５Ａ、５Ｂ、５Ｃと、柱状鉄心２及び筒状鉄心５Ａ〜５Ｃを上下から挟むように配置された板状鉄心１と、柱状鉄心２と筒状鉄心５Ａの間、または各筒状鉄心５Ａ〜５Ｃ同士の間に配置された一次コイル３及び二次コイル４と、から構成されている。
【００８５】
図３に示す三相変圧器に備えられた筒状鉄心５Ａ〜５Ｃには、柱状鉄心２に最も近くにある第１筒状鉄心５Ａと、第１筒状鉄心５Ａの外周側にある第２筒状鉄心５Ｂと、第２筒状鉄心５Ｂの外周側にある第３筒状鉄心５Ｃとがある。
【００８６】
また、図３に示す三相変圧器に備えられた一次コイル３及び二次コイル４には、柱状鉄心２と第１筒状鉄心５Ａとの間に配置されたＵ相一次コイル３ａ及びＵ相二次コイル４ａと、第１筒状鉄心５Ａと第２筒状鉄心５Ｂとの間に配置されたＶ相一次コイル３ｂ及びＶ相二次コイル４ｂと、第２筒状鉄心５Ｂと第３筒状鉄心５Ｃとの間に配置されたＷ相一次コイル３ｃ及びＷ相二次コイル４ｃとがある。各相のコイルにおいては、一次コイル３の外周側に二次コイル４が配置されているが、本発明ではこれに限らず、一次コイル３の内側に二次コイル４があってもよい。
【００８７】
図３には三相変圧器を示すが、更に多相の変圧器であってもよい。三相以上の多相変圧器の場合、相数をｎ相とすると、変圧器の構造は、柱状鉄心の軸方向両端に２つの板状鉄心が配置され、同心円状にｎ個の直径の異なる筒状鉄心を配置し、そのｎ個の間隙に一次コイルと二次コイルを一組としてｎ組配置したものとなる。
【００８８】
また、各相の一次コイルと二次コイルの組は、同心円状に存在する円環状の間隙のいずれかにその次数に対して本発明の変圧器は限定されるものではない。また、一次コイルと二次コイルの配置は同心円状であることが磁束の流れを円滑にするので好ましいが、円筒軸方向に重ねて配置してもよい。
三相三巻線変圧器の場合は高調波低減用の第三のコイルも一次コイルと二次コイルと変圧器の軸方向から見た場合に同一形状の円環状の形状のコイルとすることも例としてあげられる。これを一次コイルと二次コイルとともに中心鉄心および筒状鉄心もしくは筒状鉄心同志の空隙に軸方向に重ねて配置する。
一次コイルと二次コイル、および第三のコイルの形状は円環状であれば、必ずしもその内径と外径は同一である必要はない。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態の変圧器によれば、上記式（１）さらには式（２）が成立するように各鉄心を構成することで、筒状鉄心の磁束の流れを均一化し、磁気抵抗を減少させることができ、変圧器の効率を向上させることができる。
【実施例】
【００９０】
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本発明を制限するものではない。
【００９１】
［実施例１］
Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：０．２％、Ａｌ：０．２％を含有するスラブを、加熱温度１１００℃で熱間圧延して、厚さが２．５ｍｍの熱延鋼板とした。次いで、熱延板を酸洗してから冷延することで厚さが０．５ｍｍの冷延鋼板とした。次いで、冷延鋼板に対して７５０℃で５秒から４５秒間の仕上焼鈍を行い、無方向性電磁鋼板を得た。仕上焼鈍時間を変化させることにより、無方向性電磁鋼板の素材の比透磁率を調整し、これを使用して組み上げた際の変圧器に使用する柱状鉄心、筒状鉄心、板状鉄心の比透磁率をそれぞれ変化させた。
【００９２】
この電磁鋼板を素材として、以下のような柱状鉄心、筒状鉄心、板状鉄心を作成し、これらの鉄心を組合わせて、図１及び図２に示す構造を有する単相複巻変圧器を製作した。
柱状鉄心は、縦サイズを柱状鉄心の高さとなる４０ｃｍとし様々な幅で切断した短冊状の鋼板を、軸方向垂直断面が略円形となるように積層して形成した。積層する短冊状鋼板の幅と積層枚数を適宜調整して、断面積Ｓを変化させた。また、短冊を切り出す方向を鋼板面内で変化させることで鉄心の軸方向の比透磁率を変化させた。積層の後、コイルとの間の絶縁破壊が発生しないように絶縁物を積層鉄心の周囲に巻いた。
【００９３】
筒状鉄心は、縦サイズを製造する筒状鉄心の高さとなる４０ｃｍとし、適当な長さに切断した短冊状の鋼板を、中空円筒状に巻回することで形成した。円筒の外径を３０ｃｍと固定し巻回の回数を変えることで円筒の内径を変化させて断面積Ｓを変化させた。短冊を切り出す方向を鋼板面内で変化させることで鉄心の軸方向の比透磁率を変化させた。
【００９４】
板状鉄心は、素材から直径を筒状鉄心の外径である３０ｃｍとした円板を打ち抜き、これを積層して形成した。積層枚数を変えることで断面積Ｓを変化させた。その後、これらの変圧器の効率を測定した。
結果を表１に示す。
【００９５】
【表１】
2018117046.tif 000014
【００９６】
表１からわかるように、本発明例の範囲内であるμ1×Ｓ1／μ0×Ｓ0の値が０．８０以上１．２０以下においては、本発明の形態の筒状変圧器の効率は９５％以上の優れた値を示している。
特に、０．９０以上１．１０以下においては、９７％以上のさらに優れた値を示しており、より好適は範囲であることがわかる。
これに対し、μ1×Ｓ1／μ0×Ｓ0の値が０．８０未満もしくは１．２０超の場合は効率が９０％以下の低い値となっている。
【００９７】
［実施例２］
Ｓｉ：２．０％、Ｍｎ：０．５％、Ａｌ：０．５％を含有するスラブを、加熱温度１１５０℃で熱間圧延し、厚さが２．５ｍｍの熱延鋼板を得た。次いで、熱延鋼板に対して９００℃６０秒の熱延板焼鈍を施した。その後、熱延鋼板を酸洗し、更に冷延することで厚さが０．５ｍｍの冷延鋼板とした。次いで、冷延鋼板に対して９００℃で５秒から６０秒間の仕上焼鈍を行い、無方向性電磁鋼板を得た。
仕上焼鈍時間を変化させることにより、無方向性電磁鋼板の素材の比透磁率を調整し、これを使用して組み上げた際の変圧器に使用する柱状鉄心、筒状鉄心、板状鉄心の比透磁率をそれぞれ変化させた。
【００９８】
この電磁鋼板を素材として、以下のような柱状鉄心、筒状鉄心、板状鉄心を作成し、これらの鉄心を組み合わせて、図３に示す構造を有する三相三巻線変圧器を製作した。
【００９９】
柱状鉄心は、縦サイズを柱状鉄心の高さとなる４０ｃｍとし様々な幅で切断した短冊状の鋼板を、軸方向垂直断面が略円形となるように積層して形成した。積層する短冊状鋼板の幅と積層枚数を適宜調整して、断面積Ｓを変化させた。また、短冊を切り出す方向を鋼板面内で変化させることで鉄心の軸方向の比透磁率を変化させた。積層の後、コイルとの間の絶縁破壊が発生しないように絶縁物を積層鉄心の周囲に巻いた。
【０１００】
筒状鉄心は、縦サイズを製造する筒状鉄心の高さとなる４０ｃｍとし、適当な長さに切断した短冊状の鋼板を、中空円筒状に巻回することで形成した。３つある円筒の外径を３０ｃｍ、５０ｃｍ、７０ｃｍと固定し、巻回の回数を変えることで円筒の内径を変化させて断面積Ｓを変化させた。短冊を切り出す方向を鋼板面内で変化させることで鉄心の軸方向の比透磁率を変化させた。
【０１０１】
板状鉄心は、素材から直径を最大の筒状鉄心の外径である７０ｃｍとした円板を打ち抜き、これを積層して形成した。積層枚数を変えることで断面積Ｓを変化させた。
これらの変圧器の効率測定を実施例１と同様に行った。
結果を表２に示す。
【０１０２】
【表２】
2018117046.tif 000015
【０１０３】
表２からわかるように、本発明例の範囲内であるμ1×Ｓ1／μ0×Ｓ0の値が０．８０以上１．２０以下においては、本発明の形態の筒状変圧器の効率は９５％以上の優れた値を示している。
特に、０．９０以上１．１０以下においては、９７％以上のさらに優れた値を示しており、より好適は範囲であることがわかる。
これに対し、μ1×Ｓ1／μ0×Ｓ0の値が０．８０未満もしくは１．２０超の場合は効率が９０％以下の低い値となっている。
【０１０４】
以上に示した実施例以外に、以下の方法で比透磁率を調整することも可能である。なお、本発明の比透磁率μの調整方法はこれらの例に限定されるものではない。
【０１０５】
プロセス条件もしくは成分を調整することで鋼板の比透磁率μを調整し、これらの鋼板を使用し鉄心の比透磁率μを調整が可能である。プロセス条件とは、具体的には熱間圧延もしくは薄板鋳造による熱延板製造、スラブ再加熱温度、熱延仕上温度および熱延巻取り温度の調整、熱延板焼鈍実施の有無、冷間圧延率の調整、異周速冷間圧延の実施、仕上焼鈍の昇温速度、保定温度および保定温度での焼鈍時間および降温速度を調整することなどがあげられる。これらの手段で鋼板の比透磁率を調整し、これを組み上げた各鉄心の比透磁率μを調整することが可能である。
【０１０６】
また、異なる少なくとも２種類以上の比透磁率を有する鋼板を一つの鉄心に組込むことにより、鉄心の比透磁率μおよびその異方性を調整することが可能である。
【０１０７】
成分では、Si、Al、Mn含有量、および微量成分であるＣ、Ｎ、Ｓ含有量を調整することで比透磁率μを変えることが可能である。成分調整とプロセス条件を組み合わせることにより更に比透磁率μの調整が可能である。
【０１０８】
鋼板の比透磁率μは、これらの方法により、実施例１の成分では例示範囲を含み比透磁率を４０００から６４００の範囲で調整可能である。また、実施例２の成分では例示範囲を含み比透磁率を５５００から１２０００の間で調整可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…板状鉄心、２…柱状鉄心、２ａ、２ｂ…柱状鉄心の軸方向端部、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…一次コイル、４、４ａ、４ｂ、４ｃ…二次コイル、５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ…筒状鉄心、５ａ、５ｂ…筒状鉄心の軸方向端部
【図１】
2018117046.tif 000018
【図２】
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【図３】
2018117046.tif 000020
【図４】
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