(57)【要約】【課題】変圧器またはリアクトル用として、透磁率の異なる２種類の電磁鋼板を用い、同一の透磁率である鋼板がそれぞれ閉磁路を形成するように積層される鉄心を製造する場合、その鉄心の騒音増加を防ぐと同時に、製造効率を損なわない方法を提供する。【解決手段】低透磁率鋼板を用いて積層する鉄心接合部では、積厚方向に隣接する鋼板のギャップ位置が鋼板１枚毎にずれる様に配置し、高透磁率鋼板を用いて積層する鉄心接合部では、積厚方向に隣接する鋼板のギャップ位置が鋼板２枚毎にずれる様に配置する鉄心とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器またはリアクトル用の鉄心であって、透磁率の異なる２種類の電磁鋼板を用い、同一の透磁率である鋼板がそれぞれ閉磁路を形成するように積層する際に、低透磁率鋼板を用いて積層する鉄心接合部では、積厚方向に隣接する鋼板のギャップ位置が鋼板１枚毎にずれる様に配置し、高透磁率鋼板を用いて積層する鉄心接合部では、積厚方向に隣接する鋼板のギャップ位置が鋼板２枚毎にずれるように配置することを特徴とする変圧器およびリアクトル鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器やリアクトルに用いる鉄心に関するもので、更に詳しくは切断した異なる透磁率の電磁鋼板を積層することで製造される鉄心の騒音を低下しうる鉄心構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器やリアクトルなどの電磁機器で用いられる鉄心では騒音が発生する。この騒音は生活や作業環境の劣化を引き起こすため低減が求められており、以前から様々な騒音低減のための技術開発が行われてきている。鉄心騒音の一因として電磁鋼板の磁歪現象があげられる。これは、電磁鋼板が交流で磁化される時、その磁化の強さの変化に伴って電磁鋼板の外形寸法が変化する現象で、一般的には鋼板の長さ変化で表されることが多い。この磁歪は交流磁化周波数の２倍を基本波とし、その整数倍の高調波を含む波形となり、これが鉄心を振動させるため騒音の原因となる。
【０００３】
変圧器やリアクトルに使用される鉄心の製造方法に関して、一般的には１個の鉄心に対しては同一種類の電磁鋼板が用いられるのが通常である。ところが、材料の融通を優先する場合などでは、透磁率等の磁気特性の異なる電磁鋼板を同時に用いることがある。例えば、特許文献１に開示されたように、騒音低減のために積極的に異なる電磁鋼板を１個の鉄心に用いることもある。この場合、同一種類の電磁鋼板で閉磁路が形成されるように鉄心の一部分を製作し、これらを組み合わせて１個の鉄心を製造する方法が用いられる。この様な方法で複数種の電磁鋼板を１個の鉄心に使用する場合、それらの透磁率が互いに異なると、個々の電磁鋼板で鉄心を製作した場合に比べて騒音が増加してしまう。その原理を以下の例で説明する。
【０００４】
図１は２種類の電磁鋼板Ａ，Ｂをそれぞれ単独で用いて鉄心Ａ，Ｂを製作した場合の、鉄心磁束密度と騒音の関係を示す。鉄心の磁束密度を１．６Ｔとする場合、個々の鉄心騒音の平均は２８ｄＢＡとなる。これらの電磁鋼板Ａ，Ｂの構成比率が１：１となるように組み合わせて１個の鉄心を製作した場合で、透磁率が等しい場合は磁束密度に変化は発生せず騒音は２８ｄＢＡとなる。しかし、透磁率に差異があった場合、例えば電磁鋼板Ａの透磁率がＢよりも高いと磁束密度のアンバランスが発生する。例として、Ａ部の磁束密度が１．７Ｔに、Ｂ部の磁束密度が１．５Ｔになった場合を考えると、組み合わせた鉄心の騒音は３０ｄＢＡとなり、単独で鉄心を製作した時の平均値よりも２ｄＢ高くなってしまう。この騒音増加の理由は、磁束密度−騒音レベル特性において磁束密度の増加による騒音上昇率が高磁束密度ほど大きいため、組み合わせ鉄心では高磁束密度側の鉄心の騒音増加量が低磁束密度側の鉄心の騒音低減量よりも大きくなることにある。
【０００５】
この騒音増加を防止する方策として、透磁率の差異をキャンセルして磁束密度に差が発生しないようにするため、組み合わせた鉄心の内の一方の鉄心に磁気抵抗を調節する部分を設ける手法が考えられる。鉄心の一部の磁気抵抗を調節する方法として複数の例が開示されているが、例えば特許文献２では２種類の電磁鋼板を組み合わせて製作した鉄心で、一方の鋼板による鉄心部分にスリットを設ける方法が開示されている。また特許文献３では一方の鋼板による鉄心部分の接合部で、鋼板の突合せ部分のギャップを故意に大きくする方法が開示されている。更に特許文献４では、鉄心部分毎に接合部のステップラップの段数を変更する方法が開示されている。これらはいずれも鉄心内の一部の磁気回路の磁気抵抗を増加させる方法であり、透磁率の異なる電磁鋼板を組み合わせて１個の鉄心とした時に、磁束密度を均一化させるのに有効であると考えられる。
また、特許文献５には、高透磁率低磁束密度の鋼板と低透磁率高磁束密度の鋼板を所定の割合で積層した回転機の鉄心が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２０４９１１号公報
【特許文献２】特開平３−１９０１１２号公報
【特許文献３】特開平４−２５０６０４号公報
【特許文献４】特開昭６３−１１０７１１号公報
【特許文献５】特開２０００−８３３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先に示された方法はいずれも騒音の低下に有効ではあるが、実施にはある程度の困難を伴うと考えられる。例えば、特許文献２に開示された方法は鉄心をカットするか、１枚ずつのカットされた鋼板のスリット位置を調整しながら配置し積層していく必要がある。特許文献３で開示された方法は、磁気抵抗を調節するためにギャップの長さを鋼板１枚積層する毎にコントロールする必要がある。また、特許文献４ではステップラップの段数を変えるために準備すべき鋼板サイズの種類が多くなる。これらはいずれも鉄心の製造効率を低下させる要因となる。そこで、鉄心の製造効率を維持したまま、一部の磁気回路の磁気抵抗を低下させる方法を開発することが課題となる。さらに、特許文献５では、高透磁率低磁束密度の鋼板と低透磁率高磁束密度の鋼板を所定の割合で積層した回転機の鉄心であるが、これは回転機であり、本発明の積層トランスのギャップを有効利用した構成とは異なるものであり、目的も高回転運転域においても高トルク運転域においても、比較的高効率を達成する回転機が目的であるで本発明とは構成及び目的が全く異なるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために示されたもので、その要旨は、変圧器またはリアクトル用の鉄心であって、透磁率の異なる２種類の電磁鋼板を用い、同一の透磁率である鋼板がそれぞれ閉磁路を形成するように積層する際に、低透磁率鋼板を用いて、積層する鉄心接合部では、積厚方向に隣接する鋼板のギャップ位置が鋼板１枚毎にずれる様に配置し、高透磁率鋼板を用いて、積層する鉄心接合部では、積厚方向に隣接する鋼板のギャップ位置が鋼板２枚毎にずれる様に配置することを特徴とする変圧器またはリアクトル鉄心、である。
【０００９】
なお、ここでのギャップを図２ａの例を用いて説明すると、鋼板１と鋼板２の間の空隙部分を言う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、変圧器およびリアクトルなどの電磁機器に用いられる鉄心の騒音を大幅に低下させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
これ以降、鉄心接合部で隣接する鋼板のギャップ位置が図２（ａ）で示すように１枚毎にずれる様に配置することを同時積枚数１、同じく図２（ｂ）で示すように２枚毎にずれる様に配置することを同時積枚数２と表現する。
【００１２】
まず、同時積み枚数によって鉄心の磁気抵抗が制御できる理由を説明する。図２は鉄心接合部の断面を示す。図２（ａ）は同時積み枚数１の例を示し、図２（ｂ）は同時積み枚数２の例を示す。破線は磁束線を示す。接合部では磁束は鋼板間の空気層を渡ることになるが、図２（ａ）では磁束は１箇所の空気層を渡るだけであるが、図２（ｂ）では２箇所の空気層を渡ることになる。すなわち、同時積み枚数１よりも２の方が磁束が流れる空気部分の距離が長くなり、そのため接合部での鉄心の磁気抵抗が高くなることが分かる。そこで、低透磁率の鋼板を使用する部分で同時積み枚数を１に、高透磁率の鋼板を使用する部分で同時積み枚数を２にすることで、鋼板の透磁率差を接合部の磁気抵抗差が補うことになり、低透磁率鋼板による部分と高透磁率鋼板による部分の磁束密度差が解消される。すなわち、背景技術で述べた騒音増加現象を回避することが可能となる。
【００１３】
なお、同時積み枚数を３以上とすることでも接合部の磁気抵抗は調節可能であるが、３以上とするとそれのみで騒音が大きく増加してしまう。その原因は、接合部での磁束の局部集中などと推測される。よって、３以上は使用できない。
【００１４】
また、ラップ間隔、電磁鋼板の板厚、鉄心の磁路長などには最適な範囲があると考えられる。
【００１５】
図３に３相３脚積鉄心の例を示す。鋼板積層面に示した部分３、部分４にそれぞれ透磁率の異なる鋼板を用いる時に、６箇所の接合部５において、各部分に用いた鋼板の透磁率の大小関係に応じて同時積み枚数を１にするか２にするかを決定する。また、図４は単相巻鉄心の例を示す。ここでも同様に、鋼板積層面に示した部分３、部分４にそれぞれ透磁率の異なる鋼板を用いる時に、接合部５において、各部分に用いた鋼板の透磁率の大小関係に応じて同時積み枚数を１にするか２にするかを決定する。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
本発明の実施例として図３に示す３相３脚積鉄心を製作した。鉄心の平均磁束密度は１．７Ｔとし、板厚０．２３mmの鋼板を用いた。この鉄心では部分３に１．７Ｔでの透磁率０．０２３Ｈ／ｍの方向性電磁鋼板を、部分４に１．７Ｔでの透磁率０．０２７Ｈ／ｍの方向性電磁鋼板を用い、本発明で示した方法に従い、部分３の同時積み枚数を１に、部分４の同時積み枚数を２にして製作した。なお比較のために、部分３と部分４に使用する鋼板をそれぞれ前記と同一の種類としながら、接合部５の同時積み枚数が鉄心全体で１のみ、あるいは２のみの鉄心も製作した。これらの鉄心に巻線を施し、実際に励磁しながら騒音測定を実施した。その測定結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
2008166636.tif 000003
【００１８】
本発明に適合する鉄心の騒音レベルは、適合しない鉄心に対して２ｄＢＡ低い。
（実施例２）
本発明の実施例として図４に示す単相巻鉄心を製作した。鉄心の平均磁束密度は１．６Ｔとし、板厚０．２７mmの鋼板を用いた。この鉄心では部分３に１．６Ｔでの透磁率０．０４７Ｈ／ｍの方向性電磁鋼板を、部分４に１．６Ｔでの透磁率０．０５２Ｈ／ｍの方向性電磁鋼板を用い、本発明で示した方法に従い、部分３の同時積み枚数を１に、部分４の同時積み枚数を２にして製作した。なお比較のために、部分３と部分４に使用する鋼板をそれぞれ前記と同一の種類としながら、接合部５の同時積み枚数が鉄心全体で１のみ、あるいは２のみの鉄心も製作した。これらの鉄心に巻線を施し、実際に励磁しながら騒音測定を実施した。その測定結果を表２に示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
本発明に適合する鉄心の騒音レベルは、適合しない鉄心に対して２ｄＢＡ低い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】２種類の材料による鉄心の騒音レベルの一例。
【図２】鉄心接合部の断面と磁束線。
【図３】本発明の実施例としての積鉄心。
【図４】本発明の実施例としての巻鉄心。
【符号の説明】
【００２２】
１    ギャップを説明するための鋼板。
２    ギャップを説明するための鋼板。
３    同一鋼板で作成された鉄心部分。
４    同一鋼板で作成された鉄心部分。
５    鉄心接合部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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