(57)【要約】【課題】アモルファス材で製作したリアクトル装置はアモルファス材に掛かる応力が原因で起こる磁性劣化やフリンジングによる鉄損悪化が著しい。【解決手段】鉄心の脚部、ヨーク部を巻鉄心で構成する。ヨーク部は楕円形の巻鉄心を使用し、鉄心の脚部は巻鉄心を積み重ねることでリアクトル装置を製作する。インダクタンスの調整は焼鈍による鉄心特性の調整と脚部間にギャップを設けることで調整する。本リアクトル装置の固定方法は巻鉄心の中心部に空洞を作り、その空洞にスタッド、もしくはスタッドと同じ役割をする棒を通し、上下締め金具と連結させることで行う。【選択図】図１
2011222711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚部の鉄心がアモルファス材を使用した２個以上の矩形、円形又は楕円形の巻鉄心を積み重ねて構成されていることを特徴としたリアクトル装置。
【請求項２】
請求項１記載のリアクトル装置において、上下ヨーク部の鉄心もアモルファス材を使用した扁平楕円形状の巻鉄心から構成されていることを特徴としたリアクトル装置。
【請求項３】
請求項１記載のリアクトル装置において、上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心の細長い空洞部には複数本のスタッドが配置され、夫々のスタッドには前記脚部を構成する各巻鉄心が中心部の空洞部を用いて挿入されており、上下締め金具により連結固定されていることを特徴とするリアクトル装置。
【請求項４】
請求項１記載のリアクトル装置において、前記脚部を構成する巻鉄心の組み立て中に、各巻鉄心間にスペーサを挟み、その後、該スペーサを抜差し可能に構成することによりインダクタンスの微調整を行うことを特徴とするリアクトル装置。
【請求項５】
請求項１記載のリアクトル装置において、前記脚部を構成する巻鉄心の巻き付け後に、製作した巻鉄心を巻軸から形を崩さすに抜いて、筒状の非磁性材料から成る焼鈍治具に入れて焼鈍を行い、該焼鈍後の巻鉄心をそのまま組み付けて前記焼鈍治具をスペーサとして備えたことを特徴とするリアクトル装置。
【請求項６】
請求項１記載のリアクトル装置において、フリンジングの起こる前記脚部を構成する巻鉄心と、前記上下ヨーク部を構成する巻鉄心とのギャップ間において、前記上下ヨーク部の巻鉄心に対接する前記脚部の巻鉄心の一部を前記上下ヨーク部の巻鉄心により覆うことを特徴とするリアクトル装置。
【請求項７】
請求項１記載のリアクトル装置において、前記上下ヨーク部の巻鉄心に対接する前記脚部の巻鉄心において、磁束の通る断面積において、前記脚部を構成する巻鉄心の断面積より前記ヨーク部を構成する巻鉄心の断面積の方が大きいことを特徴とするリアクトル装置。
【請求項８】
脚部の鉄心がアモルファス材を使用した複数の矩形、円形又は楕円形の巻鉄心から構成され、該脚部の巻鉄心を挟んで配置される上下ヨーク部の鉄心もアモルファス材を使用した扁平楕円形状の巻鉄心から構成されたリアクトル装置を製造する方法であって、
前記脚部を構成する各巻鉄心は、その中心部に空洞部を形成して巻き取って製作し、前記上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心は、その中心部により大きな空洞部を形成して巻き取ってから、それを扁平に成形して細長い空洞部を形成するように製作し、前記上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心の細長い空洞部には複数本のスタッドが配置し、夫々のスタッドには前記脚部を構成する各巻鉄心が中心部の空洞部を用いて挿入し、最後に上下締め金具により連結固定することを特徴とするリアクトル装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質を使用した新規な構造のリアクトル装置に関し、さらにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術であって、特許文献に記載されたものとしては、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献２には、アモルファス鉄心の焼鈍を行う焼鈍炉について記載されている。
【０００３】
特許文献１には、「非晶質磁性合金薄荷の巻回体からなるリング状のブロック鉄心を複数個軸線方向に積み重ねて脚部を構成する空隙付リアクトル鉄心において、前記ブロック鉄心は、その内周側から外周側に向かって渦巻状の曲線に沿って伸びるスリット部を有していることを特徴とする空隙付リアクトル鉄心。」が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、非晶質金属を巻き回したコアユニットは、その最外層及び最内層の透磁率が、それぞれ中間層の透磁率より高いリアクトル装置が開示されている。非晶質金属を巻き回したコアユニットは、磁気異方性を有し、かつ、磁気特性の良好な方向が巻線により励磁される磁化方向とは異なり、非晶質金属を用いるコアユニットは、焼鈍温度を３００℃以下で行ったものである。
【０００５】
また、特許文献３には、段落〔００１０〕において、「さらに図２を参照すると、複数の脚部２４はバックヨークの内面３４から延びる。これらの脚部２４は、本明細書では「歯」と呼ぶ場合もある。スロット２３は、複数の脚部２４の各々の間に配置される。脚部２４は、略パイ形であり、各々の脚部２４は、第１の端部４０および第２の端部４２を備える。各々の脚部２４の第１の端部４０はバックヨーク２２に隣接し、第２の端部４０は一般にバックヨークから隔たっている。１つの実施形態において、バックヨークおよび脚部は一体で単一の構造である。別の実施形態において、バックヨークおよび脚部は別個の部品から形成され、接着剤、溶接、クランプ、または本技術分野で公知の他の結合方法によって結合される。更に別の実施形態において、バックヨークと該バックヨークから延びる脚部との間に狭いエアギャップを設けることができる。また、各々の脚部は、内周側面４４および外周側面４６の２つの半径方向側面を備えている。本明細書ではパイ形の脚部が開示されているが、任意の数の異なる形状の脚部も可能である。図１６には異なる形状の脚部のいくつかの例が示されている。例えば、図１６Ａ−１６Ｆに示すように、脚部は、アモルファス金属リボンを環状形状に巻くことで製造された種々の形状とすることができる。同様に、図１６Ｇおよび１６Ｈに示すように、脚部は、強磁性体、アモルファス金属、または他の先端材料の積層ストリップから個別に製造される。前述のように、これらの個別に製造された脚部は、コア２０を製造する際にバックヨーク２２の内面３４に隣接して配置される。」と記載されている。これによると、磁気コアが複数で構成されていることは理解されるが、それ以上の構成の理解は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３４５００９号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８６６０号公報
【特許文献３】特表２００７−５３５１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般にリアクトルの鉄心に利用されているものは、アモルファス材であるが板厚が約０．０２５ｍｍと非常に薄く、焼鈍を行うと脆性が高くなり、加工性が更に悪化する。アモルファス材は、同じくリアクトルの鉄心材である電磁鋼板に比べて磁気特性の応力劣化が大きく、材料特性を活かした鉄心製作が困難である。
【０００８】
実際には、現状のアモルファス材を使用した中型以上のリアクトルの製作を考えたとき、アモルファス焼鈍後、複数枚を樹脂でブロック状に固め、そのブロックを積み重ねて製作する方法が取られている。しかしながら、この方法では樹脂で固める際にアモルファスに応力がかかり、磁性劣化を引き起こしてしまうことやブロック間の隙間の絶対数が多くなりフリンジングによる特性悪化が大きくなってしまう。
【０００９】
以上のようなことから、現状では、幾つかの公知例はあるものの、アモルファス材の磁気特性を活かしたリアクトル装置を製作する理想的な方法が導き出されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
リアクトル装置は、脚部の鉄心がアモルファス材を使用した２個以上の矩形、円形又は楕円形の巻鉄心を積み重ねて構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のリアクトル装置は、上下ヨーク部の鉄心もアモルファス材を使用した扁平楕円形状の巻鉄心から構成されていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明のリアクトル装置は、上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心の細長い空洞部には複数本のスタッドが配置され、夫々のスタッドには前記脚部を構成する各巻鉄心が中心部の空洞部を用いて挿入されており、上下締め金具により連結固定されていることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明のリアクトル装置は、前記脚部を構成する巻鉄心の組み立て中に、各巻鉄心間にスペーサを挟み、その後、該スペーサを抜差し可能に構成することによりインダクタンスの微調整を行うことを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明のリアクトル装置は、前記脚部を構成する巻鉄心の巻き付け後に、製作した巻鉄心を巻軸から形を崩さすに抜いて、筒状の非磁性材料から成る焼鈍治具に入れて焼鈍を行い、該焼鈍後の巻鉄心をそのまま組み付けて前記焼鈍治具をスペーサとして備えたことを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明のリアクトル装置は、フリンジングの起こる前記脚部を構成する巻鉄心と、前記上下ヨーク部を構成する巻鉄心とのギャップ間において、前記上下ヨーク部の巻鉄心に対接する前記脚部の巻鉄心の一部を前記上下ヨーク部の巻鉄心により覆うことを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明のリアクトル装置は、前記上下ヨーク部の巻鉄心に対接する前記脚部の巻鉄心において、磁束の通る断面積において、前記脚部を構成する巻鉄心の断面積より前記ヨーク部を構成する巻鉄心の断面積の方が大きいことを特徴とする。
【００１７】
本発明のリアクトル装置は、脚部の鉄心がアモルファス材を使用した複数の矩形、円形又は楕円形の巻鉄心から構成され、該脚部の巻鉄心を挟んで配置される上下ヨーク部の鉄心もアモルファス材を使用した扁平楕円形状の巻鉄心から構成されており、前記脚部を構成する各巻鉄心にはその中心部に空洞部を形成しており、前記上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心は、その扁平方向に沿った細長い空洞部を形成しており、前記上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心の細長い空洞部には複数本のスタッドが配置され、夫々のスタッドには前記脚部を構成する各巻鉄心が中心部の空洞部を用いて挿入されており、上下締め金具により連結固定されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、リアクトル装置の製造方法に関するものであり、脚部の鉄心がアモルファス材を使用した複数の矩形、円形又は楕円形の巻鉄心から構成され、該脚部の巻鉄心を挟んで配置される上下ヨーク部の鉄心もアモルファス材を使用した扁平楕円形状の巻鉄心から構成されたリアクトル装置を製造する方法であって、
前記脚部を構成する各巻鉄心は、その中心部に空洞部を形成して巻き取って製作し、前記上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心は、その中心部により大きな空洞部を形成して巻き取ってから、それを扁平に成形して細長い空洞部を形成するように製作し、前記上下ヨーク部を構成する扁平楕円形状の巻鉄心の細長い空洞部には複数本のスタッドが配置し、夫々のスタッドには前記脚部を構成する各巻鉄心が中心部の空洞部を用いて挿入し、最後に上下締め金具により連結固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
鉄心を巻鉄心にし、その鉄心を積み上げるだけという単純な構造を採ることにより磁気特性の応力劣化の大きいアモルファス鉄心への加工応力を最低限へ抑制出来ることからアモルファス材の磁気特性を活かした低ロス、低コスト、小型のリアクトル装置を製作できる。また、自由度の高い構造のため断面積の調整、フリンジング対策が容易という利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のリアクトル装置の鉄心構造を示す斜視図。
【図２】本発明のリアクトル装置の脚部の鉄心の詳細を示す斜視図。
【図３】巻取りによる鉄心の製作段階を示す図。
【図４】鉄心製作の際の焼鈍に使用する治具を示す断面図。
【図５】ヨーク部の鉄心構造を示す斜視図。
【図６】本発明の実施例のリアクトル装置を示す構造図。
【図７】脚部のギャップ間に挟むスペーサを示す平面図。
【図８】フリンジング対策を行ったリアクトル装置を示す構造図。
【図９】フリンジング対策前の鉄心中の磁束流れを示す図。
【図１０】フリンジング対策後の鉄心中の磁束流れを示す図。
【図１１】フリンジング対策を行ったリアクトル装置を示す構造図。
【図１２】フリンジング対策を行った別のリアクトル装置を示す構造図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明では、上記課題を解決するために脚部、及び上下ヨーク部を巻鉄心で構成するものとした。図１に本発明のイメージ図を示す。脚部の鉄心は、丸型の巻鉄心１ａを複数積み重ねることで製作する。上下ヨーク部は、楕円状の巻鉄心２ａを使用する。これ等の鉄心の固定方法は巻鉄心の中心部に空洞を作り、その空洞にスタッド、もしくはスタッドと同じ役割をする棒を通し、上下締め金具と連結させ、固定する。以上の構造により、巻鉄心を積み重ねて芯部分にスタッドを入れ、上下締め金具で連結するだけという単純な構造を実現することが出来る。そして、このように構造が単純なため、アモルファス材をブロック状に固め、製作するリアクトルに比べて低コスト化、低損失化を図ることが可能である。また、単相、三相、三相５脚等全ての鉄心構造に適用出来る上、巻鉄心自体もラップ部を必要としない製作が容易なトロイダル鉄心を採用することが出来る。また、ヨーク部、脚部の磁束の通る断面積の調整することが出来、フリンジング対策を立て易い。
【００２２】
インダクタンス調整は脚部に設けるギャップとアモルファス材の焼鈍条件によって磁気特性が変化する特徴を利用し行う。
【実施例１】
【００２３】
実施例１を説明する。図１には本発明の実施例のリアクトル装置の鉄心構造を示す。本発明のリアクトル装置の鉄心構造は、脚部の鉄心がアモルファス材を使用した巻鉄心１ａ，１ａ，１ａから構成されており、ヨーク部の鉄心もアモルファス材を使用した巻鉄心２ａから構成されている。脚部の鉄心１ａ，１ａ，１ａ間にはスペーサが入っており（図１には見えていない）、このスペーサの抜差しでインダクタンスを微調整することが可能である。
【００２４】
図２に脚部の鉄心１ａの詳細を示す。この鉄心１ａを製作する際には、アモルファス材は電磁鋼板比べて板厚や占積率のバラつきが大きいため重量や巻数の制御によるのではなく、図３に示すように、アモルファスの巻きコイル材１ｂから一定のテンションＴで引っ張り出し、最外周の寸法ｒで管理する必要がある。
【００２５】
また、鉄心１ａの巻き付け時には、製作した鉄心１ａを巻軸１ｃから形を崩さすに抜き、焼鈍を行うため図４に示すような焼鈍治具１ｄを使用する。この焼鈍治具１ｄは、材料を焼鈍温度に耐えられる非磁性体、例えばステンレス材にすることによって、そのまま巻鉄心１ａの固定金具、或いはインダクタンス調整用のスペーサとして使用することが出来る。図４の２ｄはアモルファス材の飛散防止、及びコイル挿入部分である脚部鉄心１ａの外周寸法を確保するためにある。鉄心最内周には巻き付け時に巻軸挿入の為のスペース３ａ、及び鉄心締付け用のスタッドを通す為のスペース３ａを設ける。
【００２６】
図５にヨーク部の鉄心を示す。楕円形の鉄心２ａを巻鉄心で製作するのは丸型鉄心を製作するのに比べて困難である。そのために、本発明においては、ヨーク部の楕円形の鉄心２ａは、最内周長、最外周長の等しい鉄心を脚部鉄心と同様の方法で製作した後に、応力を加えることで図５の形状に成形し、その後に焼鈍を行って製作する。
【００２７】
本発明のリアクトル装置の組立構造を図６に示す。鉄心１ａ及び２ａ、コイル１ｅの固定は、鉄心の最内周を通すスタッド１ｇとリアクトル上下に設置する締金具１ｆ及び２ｆで行う。組立としては例えば３相３脚鉄心の場合は、下締め金具１ｆにスタッド１ｇ，１ｇ，１ｇを固定し下ヨーク部鉄心２ａを挿入し、各相用スタッド１ｇに脚部鉄心１ａ，１ａ，１ａを挿入する。脚部鉄心１ａ，１ａ，１ａ間にはインダクタンスを調整するため、図７に示すようなスペーサ１ｈを挟む。このスペーサ１ｈは０．１〜０．２ｍｍ程度の絶縁材であり複数枚を挿入する。この時、スペーサ１ｈの挟み込み量は設計値の１．２倍〜２倍程度入れ、組立後に不要のスペーサ１ｈを抜くことでインダクタンスを調整出来るようにする。そのために、スペーサ１ｈは抜きやすいように図７に示すように引張り部分３ｈを設けるのが良い。全ての脚部鉄心１ａ，１ａ，１ａを挿入後、コイル１ｅを挿入し、上ヨーク部鉄心２ａを挿入する。最後にスタッド１ｇ，１ｇ，１ｇを上締金具２ｆに固定する。この構成は実施例２及び実施例３においても同様であるが、説明の簡略化のために再度同じ説明をすることはしない。図においても、他の実施例においては、スタッド１ｇ，１ｇ，１ｇや締金具１ｆ，２ｆ等は図示されていないが、当然に固定化のためには備えている。
【００２８】
この組立構造では組立時、鉄心製作時に鉄心１ａ，１ａ，１ａ及び２ａに不必要な応力を加える必要がなくなり、応力による各鉄心の磁性劣化を最低限に抑制することから低損失のアモルファス材の材料特性を活かすことが可能である。
【００２９】
さらに、ヨーク部及び脚部の鉄心２ａ及び１ａ，１ａ，１ａの個々が独立しているためヨーク部と脚部の断面積を自由に変更することが出来る。三相変圧器の場合、ヨーク部は３脚に流れる磁束波形の位相ずれによりヨーク部には２／√３倍の磁束密度が流れる。ヨーク部は元々回転磁界が発生し鉄損悪化の原因部分となっているためリアクトル最適設計を行う時、ヨーク部、脚部の断面積を個々に調整出来ることは重要である。
【００３０】
また、鉄心形状であるが鉄心が丸、楕円状ではなく矩形からなる鉄心を使用することも可能である。矩形形鉄心を使用することで固定金具による固定が容易になり、耐震強度を高くすることや設計寸法の幅を広げることが可能となる。
【００３１】
インダクタンスの主調整は、脚部鉄心間のギャップ長とアモルファス材の焼鈍条件を変更することで磁気特性が変化する特性を利用し行う。
【実施例２】
【００３２】
実施例２について説明する。本実施例は、フリンジングを抑制するためのものであり、基本構造及び組立方法は実施例１と同様である。図８に本実施例のリアクトル装置の鉄心構造を示す。図８に示すように、脚部鉄心１ａ，１ａ，１ａを上下のヨーク部鉄心４ａ，４ａで包み込むように構成している。そのために、ヨーク部鉄心４ａに段部を付けている（後述）。
【００３３】
フリンジングは鉄心中にあるギャップ部の磁束の流れの不均一、漏れ磁束の増大から起こる現象である。図１０に示すように、ヨーク部鉄心４ａの最外周部に脚部鉄心１ａを覆うように段部４ｂを形成している。この段部４ｂの形成はヨーク部鉄心４ａの最外周部を巻く際に、別の幅広部材を１０００枚〜数千枚程度巻きつけることによって形成することが可能である。このような構造により、図９にしめすように磁路長の短い部分への集中と外部への漏れ磁束が発生していた状態から、図１０のように磁束の流れの不均一や漏れ磁束を抑制することが可能となる。
【００３４】
また、ヨーク部鉄心２ａと脚部鉄心１ａ間のフリンジング程に大きくは無いが、脚部鉄心１ａ，１ａ，１ａ間で起こっているフリンジング効果を抑制するため図１１に示すように、鉄心１ａの巻き作業時に、鉄心材の幅や巻位置を変更することにより脚部鉄心５ａの中心部を凸凹状５ｂにし、それ等を組み合わせるようにするのが好ましい。この構造は設計磁束密度が材料の飽和磁束密度に比べて低いほど効果が大きい。
【実施例３】
【００３５】
実施例３について説明する。この実施例は鉄心中のギャップが原因で起こるフリンジングを抑制するためのものであり、基本構造及び組立方法は実施例１及び２と同様である。図１２に本実施例のリアクトル装置の鉄心構造を示す。図１２に示すようにヨーク部鉄心６ａの巻数を多くし、脚部鉄心１ａから流れる磁束を受取る面積を増やすことで、実施例２と同様に脚部鉄心１ａとヨーク部鉄心２ａ間の磁束の集中、漏れ磁束の増大を抑制することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ・・・アモルファス鉄心
１ｂ・・・アモルファスフープ材
１ｃ・・・巻軸
１ｄ・・・巻治具
２ｄ・・・巻治具鉄心周長固定ポイント
１ｅ・・・コイル
１ｆ・・・下締め金具
２ｆ・・・上締め金具
１ｇ・・・スタッド
１ｈ・・・スペーサ
３ｈ・・・スペーサ引張り部分
【図１】
2011222711.tif 000003
【図２】
2011222711.tif 000004
【図３】
2011222711.tif 000005
【図４】
2011222711.tif 000006
【図５】
2011222711.tif 000007
【図６】
2011222711.tif 000008
【図７】
2011222711.tif 000009
【図８】
2011222711.tif 000010
【図９】
2011222711.tif 000011
【図１０】
2011222711.tif 000012
【図１１】
2011222711.tif 000013
【図１２】
2011222711.tif 000014