(57)【要約】【課題】全体をコンパクトにするため、短辺方向の最小化を可能とし、また、最内周の１単位積層体の枚数を多くする事により１単位積層体の全体構成数を少なくし、コイルと組み合わせる回数を少なくして巻鉄心の低価格化とする変圧器及び巻鉄心用積層体の製造装置を提供する。【解決手段】薄板状の磁性材料３１を１枚１枚所定の量ずらしながら所定の枚数積層するとともに両端部を矩形の短辺となるよう突き合わせた単位積層体を３個以上積み重ねた矩形状の巻鉄心を備える変圧器において、ずらし量が、巻鉄心半径方向の中間の単位積層体４５と比較して、内側の単位積層体４４は小であり、かつ、外側の単位積層体４６は大である。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板片の磁性材料を所定の量ずらしながら所定の枚数積層するとともに両端部を矩形の短辺となるよう突き合わせた単位積層体を３回以上重ねた矩形状の巻鉄心を備える変圧器において、
中間の単位積層体におけるずらし量と比較して、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体におけるずらし量が小であり、かつ巻鉄心半径方向の外側の単位積層体におけるずらし量が大であり、前記巻鉄心半径方向の内側の単位積層体の構成枚数は、中間の単位積層体の構成枚数と同等以上であることを特徴とする変圧器。
【請求項２】
請求項１記載の変圧器において、
上記巻鉄心半径方向の外側の単位積層体の構成枚数は、中間の単位積層体の構成枚数より少ないことを特徴とする変圧器。
【請求項３】
薄板状の磁性材料を切断し、切断した薄板片を所定量ずらしながら所定枚数積層体とする巻鉄心用積層体の製造装置において、
切断した薄板片を搬送する搬送手段と、搬送された薄板片を所定量ずらした位置で押圧して積層する複数個の押圧手段と、各押圧手段の押圧する位置をそれぞれ搬送方向に制御する位置制御手段とを備えたことを特徴とする巻鉄心用積層体の製造装置。
【請求項４】
薄板状の磁性材料を切断し、切断した薄板片を所定量ずらしながら所定枚数積層体とする巻鉄心用積層体の製造方法において、
切断した薄板片を搬送し、搬送された薄板片を所定量ずらした位置で複数個の押圧手段で押圧して積層し、各押圧手段の押圧する位置をそれぞれ搬送方向に制御可能であることを特徴とする巻鉄心用積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器及び巻鉄心用積層体の製造方法及びその製造装置であり、特に変圧器やリアクトルなどの静止誘導電気機器の巻鉄心を製作する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻鉄心の製作するには、図９に示すように、ロール状の素材から１枚１枚直径ｄの円形状芯金２３の円周の長さとなるよう切断し、巻き付けて行く方法がとられるが、１枚１枚ずつ巻き付けて行くのでは、作業効率が悪い。そこで珪素鋼板の場合２枚以上１０枚前後、アモルファス材の場合は更に薄いため数十枚前後で積層して纏めて単位積層体４０とし、これを巻き付けるのが普通である。この巻鉄心の単位積層体の巻付や組合わせにより、巻鉄心の大きさ、巻鉄心の特性、後工程のコイルとの組立時間などが大きく左右される事は言うまでもない。そこで、従来の巻鉄心の構造としては特許文献１にあるように、アモルファス材の巻鉄心構造として、内周の単位積層体素材枚数を少なくし、スプリングバックによる組立性の悪さを解決するのと、磁気特性をよくするのを目的に、内周と外周の単位積層体の鉄心ブロック枚数を少なくした巻鉄心がある。
【０００３】
また、特許文献２にあるように、アモルファス材の巻鉄心構造として磁気特性の改善を目的に内周側の単位積層体素材枚数を少なくし磁気特性を改善するのと、単位積層体の素材ずらし寸法を変え同一横断面上に配列される接合部を少なくし磁気特性を向上させる技術がある。
【０００４】
特許文献３には、ブロック内における各シート素体の段部を階段状に積層することが提案されている。
【０００５】
また、特許文献４には、巻鉄心製造方法及び装置として、図８に示すように、ＮＣロールフィーダ２０で搬送し、カッタ２２で切断した珪素鋼板をずらし重ね機構６０で１枚毎所定の長さに切断し、単位積層体の中で少しずつずらして重ね合わせていく方法が記載されている。
【０００６】
しかしながら、このずらし重ね機構６０は、図８から解るように、素材３０からＮＣフィーダ２１及びカッタ２２を介して搬送して一定寸法Ｌで切断され、図１０（ａ）（ｂ）に示す固定ピッチＰ１に配列されたそれぞれのシリンダ６１の先端押え部６２で下側素材３１から上側素材３８を押えるため、素材１枚につきシリンダ６１が専用であり、これにより、押さえられた積層体が一つの単位積層体として形を崩す事無く形成される。よって、この装置では、単位積層体の中の１枚毎にずらし量Ｐ２を変化させて押さえる事は出来ない。（特許文献３の図１参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２３７７１９号公報
【特許文献２】
特開平９−２４６０５７号公報
【特許文献３】
特開平１１−８１４７号公報
【特許文献４】
特許第３１９２９４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、組立性をよくするため、最内周の枚数を少なくし、スプリングバックの影響を少なくしているが、変圧器の巻鉄心製作工程としては、一般的に組み立て前に焼鈍工程があり、それにより、１単位積層体の枚数によるスプリングバックの影響は皆無と言っても間違いではない。むしろ、変圧器の巻鉄心のニーズとして、コンパクト化、低価格化が望まれており、本発明は、矩形状の巻鉄心をよりコンパクトにする事により変圧器全体をコンパクトにするため、短辺方向の最小化を可能とし、また、最内周の１単位積層体の枚数を多くする事により１単位積層体の全体構成数を少なくし、コイルと組み合わせる回数を少なくして巻鉄心の低価格化とする変圧器及び巻鉄心用積層体の製造方法及びその製造装置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】
この巻鉄心を製作するためには、１単位積層体のずらし量と構成枚数を任意に可変する事が必要で、本発明においては、固定ピッチのずらし押え機構を任意に可変できるようにし、上記の問題を解決できるようにした。
【００１０】
すなわち、本発明は、薄板片の磁性材料を所定の量ずらしながら所定の枚数積層するとともに両端部を矩形の短辺となるよう突き合わせた単位積層体を３個以上重ねた矩形状の巻鉄心を備える変圧器において、中間の単位積層体におけるずらし量と比較して、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体におけるずらし量が小であり、かつ、巻鉄心半径方向の外側の単位積層体におけるずらし量が大である変圧器である。
【００１１】
また、本発明は、上記巻鉄心半径方向の内側の単位積層体の構成枚数は、中間の単位積層体の構成枚数と同等以上である変圧器である。
【００１２】
そして、本発明は、上記巻鉄心半径方向の外側の単位積層体の構成枚数は、中間の単位積層体の構成枚数より少ない変圧器である。
【００１３】
更に、本発明は、薄板状の磁性材料を切断し、切断した薄板片を１枚１枚所定の量ずらしながら所定の枚数積層して積層体とする巻鉄心用積層体の製造装置において、切断した薄板片を搬送する搬送部材と、搬送してきた薄板片を所定の量ずらした位置で押圧して積層する複数個の押圧部材と、各押圧部材の押圧する位置をそれぞれ搬送方向に制御する位置制御部材とを備える巻鉄心用積層体の製造装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の変圧器及び巻鉄心用積層体の製造方法及びその製造装置の一実施例について、図１〜９を用いて説明する。図１は、実施例の巻鉄心用積層体の製造装置におけるずらし重ね機構説明図である。図２は、実施例の製造装置で製造された積層体の外観説明図である。図３は、実施例の製造装置で製造された巻鉄心とコイルの組立説明図である。図４は、実施例の製造装置で製造された巻鉄心とコイルの組合わの説明図である。図５は、実施例の変圧器における巻鉄心の実施説明図である。図６は、実施例の変圧器における巻鉄心の具体的説明図である。図７は、巻鉄心の不良事例説明図である。図８は、巻鉄心切断重ね合せ方法説明図である。図９は、巻鉄心巻取方法の説明図である。
【００１５】
本発明の変圧器は、薄板片の磁性材料を所定の量ずらしながら所定の枚数積層するとともに両端部を矩形の短辺となるよう突き合わせた単位積層体を３個以上重ねた矩形状の巻鉄心を備え、中間の単位積層体におけるずらし量と比較して、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体におけるずらし量が小であり、かつ、巻鉄心半径方向の外側の単位積層体におけるずらし量が大である。巻鉄心半径方向の内側の単位積層体の構成枚数は中間の単位積層体と同等以上であり、また、巻鉄心半径方向の外側の単位積層体の構成枚数は中間の単位積層体より少ない。
【００１６】
まず、本発明の変圧器に使用される巻鉄心の製造方法及び装置を説明する。本製造方法で使用される薄板状の磁性材料は、従来例と同様、図８に示すように、最初にロール状に巻かれた素材３０をＮＣフィーダ２１で搬送し、一定寸法にカッタ２２にて矢印方向に切断される。切断され搬送されてくる素材をずらし重ね機構６０にて一定枚数に重ねられ単位積層体４０として形成される。
【００１７】
本発明の巻鉄心用積層体の製造装置の実施例を説明する。本実施例の製造装置は、図８におけるずらし機構６０として、図１に示すように、押えアクチュエータ１１ａ、１１ｂ、押え先端部１２ａ、１２ｂ、サーボモータ１３ａ、１３ｂを有する。押えアクチュエータ１１ａにて可動する押え先端部１２ａをサーボモータ１３ａにて薄板片の磁性材料（素材）の搬送方向に任意に動作できるようにする事により、単位積層体を構成する素材３１〜３６の中の１枚毎のずらし量をピッチＰ２からＰｎ（枚数任意）まで任意にする事が可能で、例えば、Ｐ２〜Ｐ６＝一定、Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５＜Ｐ６のように徐々に増やしたり、Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ６と徐々に減らすなど順次変化させる事も可能で、また、単位積層体毎に異なるようにすることも可能である。
【００１８】
また、単位積層体のずらし量Ｐ２〜Ｐｎの形成保持については、並列して同じ機能を有したサーボモータ１３ｂとアクチュエータ１１ｂ、押え先端部１２ｂにより、例えば一定寸法に切断された素材３１は押え先端部１２ａにて押さえ、次の素材３２は押え先端部１２ｂで押さえる事により、後の押え先端部１２ｂは先の押え先端部１２ａで押さえた素材３１も押さえる事になり、更なる素材３３を押さえる時は押え先端部１２ａを解除しても素材３１はずれる事無く押さえられている。よって押え先端部１２ａを解除し、サーボモータ１３ａにて任意の移動量に変化させ素材３３を押さえれば、素材３１、３２も同時に押さえる事が可能で、前述で押さえた押え先端部１２ｂを解除してサーボモ−タ１３ｂで任意の位置に移動させ素材３４を押さえる。以上の繰り返しを行うことにより前述した任意の単位積層体を製作する事が可能である。
【００１９】
以上の機能を有したずらし重ね機構を用い、図９に示す巻取機構の芯金２３に単位積層体４１を図示のように、一定の位置に順次巻き付け、巻き付けられた単位積層体４０がスプリングバックで戻らない様にベルト２４で押さえながら巻く事により、図２（ａ）に示す巻鉄心４１が製作される。巻鉄心４１は単位積層体毎に巻かれるため、単位積層体毎の継ぎ部Ａを持ち、その拡大図は図２（ｂ）に示す通り、突合せ部４３を有する。巻鉄心４１はその後の焼鈍工程で矩形状巻鉄心４２のような矩形状に加工される。
【００２０】
次にコイルと組み合わせる必要があるが、コイルと鉄心を組み合わせる場合は、図３に示すように、矩形状に焼鈍された巻鉄心４２の突合せ部４３を解体し、巻鉄心半径方向の内周側から単位積層体４２毎に矢印方向にコイル５に挿入し、再度突合せを行い、最終的に解体前と同様の矩形状巻鉄心を形成する。この際、図３の挿入スペース５１は単位積層体４２の挿入回数が増えるにつれ、狭くなり入れづらくなる。したがって、巻鉄心の単位積層体４２の挿入回数が少なければ少ないほど、組合わせ回数が少なくなり時間短縮が出来、また、最終単位積層体は、構成枚数が少ない程薄くなるため、挿入し易い。
【００２１】
次に、本発明の変圧器の実施例について説明する。本実施例の変圧器における巻鉄心は、薄板片の磁性材料を１枚１枚所定の量ずらしながら所定の枚数積層するとともに両端部を矩形の短辺となるよう突き合わせた単位積層体を３個以上重ねた矩形状の巻鉄心を備え、中間の単位積層体におけるずらし量と比較して、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体におけるずらし量が小であり、かつ、巻鉄心半径方向の外側の単位積層体におけるずらし量が大である。また、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体の構成枚数は中間の単位積層体の構成枚数と同等以上であり、外側の単位積層体の構成枚数は中間の単位積層体の構成枚数より少ない。
【００２２】
実施例の変圧器における巻鉄心の一例を説明すると、図５に示すように、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体４４は構成枚数１０枚＋８枚、中間の単位積層体４５は同１０枚、外周の単位積層体４６は構成枚数８枚であり、それぞれのずらし量Ｐａ〜Ｐｄは、Ｐａ＜Ｐｂ＜Ｐｃ＜Ｐｄである。なお、巻鉄心以外は、従来の変圧器と同様とすることができる。
【００２３】
図１１は従来の巻鉄心を示す。巻鉄心半径方向の内側の単位積層体６４の構成枚数（例えば６枚＋８枚）を比較的に少なくするとともに、ずらしピッチＰ２を同一とし、中間及び外周の単位積層体６５、６６はほぼ同一枚数（８枚）で構成されている。このため、全体枚数に対する単位積層体構成枚数での除算が組立回数となる。
【００２４】
図６は、本発明の実施例における巻鉄心であり、巻鉄心半径方向の内側の単位積層体４４におけるずらしピッチＰ２、Ｐ３を狭くすることにより、構成枚数（例えば１０枚＋８枚）を増やしたもので、外周に行くにつれても組立に支障が無い様にずらしピッチを徐々に増やすとともに、単位積層体の枚数を中間の単位積層体４５（１０枚）は増やすが外周の単位積層体４６（５枚）は減らし、結果として全体に占める単位積層体の構成枚数を多くした例である。この場合、突合せ部４３は矩形上の短辺位置に集中させる事により、図６の単位積層体の組合わせ作業を容易にすることができる。
【００２５】
しかしながら、図６に示すように、各単位積層体におけるずらし量Ｐ２〜Ｐｎの合計よりコイル厚寸法５３を長くする必要があるため、ずらし量Ｐ２〜Ｐｎが小さければ小さいほどその合計も小さく、即ちコイル厚寸法５３を短くすることが可能となり、変圧器をコンパクトにすることができるという利点がある。よって限られたコイル厚寸法５３の長さの中に単位積層体を構成する素材をいかに多く入れるかが課題だが、その一つの解決手段として、内周の単位積層体４４を構成する素材のずらし量Ｐ２を小さくすればよい事が解る。
【００２６】
なお、あまり小さくすると、単位積層体の構成枚数は増やせるが、単位積層体の重量が多くなり、組立性が悪くなる。また、素材の板厚のばらつきや巻き付け強さなどのばらつきにより、図７に示すように突合せ部４７が外周側に行くにつれ開いて隙間４７１、４７２が形成され、最外周では隙間４７３のように内側の素材と接触しない（磁気の流れが無くなる）状態となり易くなり、特性低下による不良となってしまう可能性がある。
【００２７】
そこで、図７のように前記ばらつき等が一番累積し易い巻鉄心半径方向の外周の単位積層体を、本実施例におけるずらし重ね機構を用い、ずらしピッチＰｎを長くすることにより、不良の発生を少なくするようにする事が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、単位積層体で構成された矩形状の巻鉄心で、限られた短辺方向に突き合わせ部の位置を多く配列でき、単位積層体の数を多くできることから、コイルと単位積層体毎の組合わせ回数を少なくでき、巻鉄心の組立原価を低減できる。また、巻鉄心の不良を少なくする事も可能で、引いてはそれを使用した変圧器を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の巻鉄心用積層体の製造装置におけるずらし重ね機構説明図。
【図２】実施例の製造装置で製造された積層体の外観説明図。
【図３】実施例の製造装置で製造された巻鉄心とコイルの組立説明図。
【図４】実施例の製造装置で製造された巻鉄心とコイルの組合わの説明図。
【図５】実施例の変圧器における巻鉄心の実施説明図。
【図６】実施例の変圧器における巻鉄心の具体的説明図。
【図７】巻鉄心の不良事例説明図。
【図８】巻鉄心切断重ね合せ方法説明図。
【図９】巻鉄心巻取方法の説明図。
【図１０】従来のずらし重ね方法の説明図。
【図１１】従来の巻鉄心の説明図。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ  押えシリンダ
１２ａ、１２ｂ  押え先端部
１３ａ、１３ｂ  サーボモータ
２１  ＮＣフィーダ
２２  カッタ
２３  芯金
２４  ベルト
３０  素材
３１〜３６  薄板片
４０  素材積層体
４１  巻鉄心
４２  矩形状の巻鉄心
４３  突合せ部
４４  内周単位積層体
４５  中間単位積層体
４６  外周単位積層体
４７、４７１〜４７３  突合せ部隙間
５  コイル
５１  挿入スペース
５２  変圧器コイル部幅
５３  コイル幅
６０  従来のずらし機構
６１  押えシリンダ
６２  押え先端部
６４  内周単位積層体
６５  中間単位積層体
６６  外周単位積層体
Ｐｎ  素材ずらし量
【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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【図９】
2004253677.tif 000011
【図１０】
2004253677.tif 000012
【図１１】
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