(57)【要約】【課題】磁気回路にギャップがあるリアクトルや変圧器の鉄心では、ギャップから鉄心に進入する磁束が電磁鋼板の圧延方向以外に流れる部分があり、一方向性電磁鋼板を使用した場合は損失増加を引き起こすことから、本発明ではその損失増加を抑えることができる鉄心を提供する。【解決手段】電磁鋼板を用いて製作され、磁気回路の一部にギャップを有する鉄心において、少なくともギャップに隣接する部分の材料として二方向性電磁鋼板を用いる。これによりギャップによるブロック鉄心でのフリンジング磁束による損失増加や、継鉄での圧延方向以外への磁束流れによる損失増加を抑制することができる。【選択図】        図６
2004186450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を用いて製作され、磁気回路の一部にギャップを有する鉄心において、少なくともギャップに隣接する鉄心部分を二方向性電磁鋼板を用いて構成したことを特徴とするギャップを有する鉄心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気機器として用いられる変圧器あるいはリアクトルに関するもので、磁気回路の一部にギャップを有する鉄心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器の鉄心に関する主な技術課題として、損失の低減がある。損失は鉄心使用時の交流磁化によって鉄心内で無駄なエネルギが消費されてしまうもので、損失低減の努力が続けられている。
鉄心を用いる電気機器の一つとしてリアクトルがあるが、これは電気回路内で誘導性リアクタンスを発生させるものである。このリアクトルには巻線内に鉄心がない空心リアクトルと、鉄心がある鉄心リアクトルの２種類に大別される。これらにはそれぞれ一長一短があるが、その双方の長所を備えたものとしてギャップ付き鉄心リアクトルがあり、電力系統で多用されている。
【０００３】
これは、図１に示すように巻線内の鉄心脚にギャップが設けられ、鉄心脚はブロック鉄心１で構成されるものである。このような構造の磁気回路では、図２に示すようにギャップ部分で半径方向に広がるフリンジング磁束４が発生する。この磁束４はブロック鉄心１の側面から進入するが、ブロック鉄心が電磁鋼板を同一方向に積み重ねただけの積層鉄心の場合には、鋼板の端面のみでなく表面からも磁束が侵入する現象が発生し、これにより鋼板の面内でうず電流損が発生するため、そこで局部過熱が発生したり鉄心全体の損失が増加したりする問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決するための手段として、例えば非特許文献１や特許文献１に示されているように、電磁鋼板をブロック鉄心の中心から外周向きに放射状に並べて作製する図３のようなラジアル鉄心が使用されている。このラジアル鉄心では磁束は鋼板の端面からのみ進入するため、フリンジング磁束による過大なうず電流の発生が抑制される。また、鉄心脚の両端には図１に示すように継鉄２が設置され、鉄心脚の端部からの磁束を流入させ、反対側の端部へ循環させるようになっている。
【０００５】
【非特許文献１】
電気学会技術報告第６１６号
【特許文献１】
実開平５−６９９２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、鉄心材料として用いられている一方向性電磁鋼板の鉄損特性は、図４に示される例のように、磁束の方向が圧延方向からずれると鉄損が大幅に増加してしまう。
ところで、フリンジング磁束はブロック鉄心に側面から進入するため、鋼板内の磁束の方向はその圧延方向からずれてしまう。また、継鉄２では鉄心脚から流入してきた磁束５は、図５に示すように圧延方向にほぼ直交する方向に流れ、徐々に圧延方向に向きを変える。同様の現象はギャップのある他の種類の鉄心でも発生する。巻線に直流電流が流れる変換器用変圧器では、磁気飽和を防ぐために鉄心脚と継鉄の間にギャップが設けられるが、この場合も継鉄内の磁束は前述したように流れる。
上記の圧延方向以外に流れる磁束は、図４から明らかなように損失増加を招く。本発明は、この圧延方向以外に流れる磁束による損失の増加を抑制する鉄心を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気回路の一部にギャップを有する鉄心では、少なくともギャップに隣接する部分を二方向性電磁鋼板を用いて構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
二方向性電磁鋼板の鉄損特性を一方向性電磁鋼板と比較したものを図６に示す。ここに示した特性は一方向性電磁鋼板では鋼板の圧延方向に励磁した場合と、その直角方向に励磁した場合に測定されたもので、二方向性電磁鋼板ではクロス圧延された２方向でそれぞれ励磁された場合に測定されたものである。一方向性電磁鋼板は圧延方向の鉄損が最も低いかわりに、直角方向の鉄損はその１０倍以上となる。これがギャップを有する鉄心における損失増加の原因となる。これに対して二方向性電磁鋼板では、圧延方向の鉄損は一方向性電磁鋼板の２倍程度となるが、直角方向の鉄損もそれと同程度となり、一方向性電磁鋼板の直角方向の鉄損に比べて著しく低鉄損となる。
この二方向性電磁鋼板をブロック鉄心に用いた場合、フリンジング磁束が鋼板の側面から進入する部分でも鉄損の増加はほとんど発生しない。また、継鉄に用いた場合には、鉄心脚から流入する磁束による鉄損増加はほとんど発生しない。
【０００９】
【実施例】
本発明の一実施例として、外形寸法２４０ｍｍ×２４０ｍｍ、脚幅６０ｍｍ、継鉄幅が３０ｍｍ、厚さが６０ｍｍで、脚が４０ｍｍ長の３個のブロック鉄心からなる単相ギャップ付きリアクトル鉄心を製作した。
試験では、まず本発明の鉄心として、▲１▼脚と上下継鉄に板厚０．３５ｍｍの二方向性電磁鋼板を使用して左右の継鉄に板厚０．３５ｍｍの一方向性電磁鋼板を使用した場合、▲２▼全鉄心に二方向性電磁鋼板を用いた場合の評価を行った。この他に比較として、▲３▼全鉄心に一方向性電磁鋼板を用いた場合で試験を行った。励磁周波数は５０Ｈｚで、脚の磁束密度を１．３Ｔと１．７Ｔの２水準とし、全損失から重量あたりの損失を算出した結果を表１に示す。
【００１０】
【表１】
2004186450.tif 000003
【００１１】
脚と上下継鉄に二方向性電磁鋼板を用いた場合は、全鉄心に一方向性電磁鋼板を用いた場合に対して２％から３％の損失低減が見られる。また、全体に二方向性電磁鋼板を用いた場合に、脚と上下継鉄に二方向性電磁鋼板を用いた場合よりも損失増加が見られるのは、左右の継鉄は磁束が長手方向のみに流れるため、一方向性電磁鋼板を用いた方が低損失になるためと考えられる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明した本発明による鉄心を用いることで、ギャップによるブロック鉄心でのフリンジング磁束による損失増加や、継鉄での圧延方向以外への磁束流れによる損失増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ギャップ付き鉄心リアクトルの断面図。
【図２】ブロック鉄心とフリンジング磁束を示す図。
【図３】ブロック鉄心として用いられるラジアル鉄心での鋼板の配置を示す図。
【図４】磁束の方向と鉄損との関係を示す図。
【図５】鉄心脚と継鉄での磁束の流れを示す図。
【図６】二方向性電磁鋼板と一方向性電磁鋼板の鉄損特性を示す図。
【符号の説明】
１        ブロック鉄心
２        継鉄
３        コイル
４        フリンジング磁束
５        磁束線
【図１】
2004186450.tif 000004
【図２】
2004186450.tif 000005
【図３】
2004186450.tif 000006
【図４】
2004186450.tif 000007
【図５】
2004186450.tif 000008
【図６】
2004186450.tif 000009