(57)【要約】【課題】雷サージが鉄心表層に侵入した場合でも、鉄心を健全に保つことが可能であり、かつ、鉄心の高い占積率が得られるアモルファス変圧器鉄心を提供する。【解決手段】複数のアモルファス薄帯を積層して構成した鉄心積層体を複数個巻回し、端部をオーバーラップ接合して変圧器巻鉄心を構成する。鉄心積層体それぞれは、非導電層を有するアモルファス薄帯と、非導電層を有しないアモルファス薄帯で構成する。非導電層を有するアモルファス薄帯と非導電層を有しないアモルファス薄帯の積層比は１：５から１：８とする。【選択図】  図１
2013229529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアモルファス薄帯を積層して構成した鉄心積層体を複数個巻回し、前記鉄心積層体端部をオーバーラップ接合して構成した変圧器鉄心において、
前記鉄心積層体それぞれは、非導電層を有するアモルファス薄帯と、非導電層を有しないアモルファス薄帯で構成され、
前記非導電層を有するアモルファス薄帯と前記非導電層を有しないアモルファス薄帯の積層比は１：５から１：８であることを特徴とする、変圧器鉄心。
【請求項２】
前記非導電層を有するアモルファス薄帯の非導電層は１.５μｍから２.０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の変圧器鉄心。
【請求項３】
複数のアモルファス薄帯を積層して構成した鉄心積層体を複数個積層して構成した積鉄心を有する変圧器鉄心において、
前記鉄心積層体それぞれは、非導電層を有するアモルファス薄帯と、非導電層を有しないアモルファス薄帯で構成され、
前記非導電層を有するアモルファス薄帯と前記非導電層を有しないアモルファス薄帯の積層比は１：５から１：８であることを特徴とする、変圧器鉄心。
【請求項４】
前記非導電層を有するアモルファス薄帯の非導電層は１.５μｍから２.０μｍであることを特徴とする、請求項３に記載の変圧器鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファス薄帯で構成される変圧器鉄心に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球温暖化問題への意識の高まり、一部地域における急速な経済発展による電力需要の急増に伴い、変圧器においては、損失の低減、特に無負荷損（鉄損）低減に対する関心が高まっている。
【０００３】
アモルファス薄帯の無負荷損が、方向性珪素鋼板の１／３〜１／４であることを利用し、配電用の変圧器として実用化された。
【０００４】
現在使用されている変圧器の鉄心は、ほとんど巻鉄心と呼ばれるもので、特開２００５−１５９３８０号公報で開示されているように、切断した薄帯を積層断面がコの字をなすように積層し、巻線を挿入したあと、左右の薄帯を交互に重ね合わせることにより、閉磁路を形成する鉄心を作製できる。
【０００５】
アモルファス薄帯を用いた鉄心においては、アモルファス薄帯表面に自然酸化膜が形成され、渦電流により発生する損失を抑制するため、通常は、アモルファス薄帯をそのまま積層して鉄心とするが、自然酸化膜は非常に薄く、鉄心製作の過程で、自然酸化膜が破壊され、渦電流損失が増加する可能性がある。
【０００６】
これを避けるため、特開２００８−７１９８２号公報では、アモルファス薄帯の少なくとも片側に絶縁性の薄膜を形成することが開示されている。また、絶縁性の薄膜は、少なくともアモルファス薄帯の複数枚に１枚形成することで、渦電流損の増加を抑制し、変圧器の無負荷損を低減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１５９３８０号公報
【特許文献２】特開２００８−７１９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アモルファス薄体により鉄心を形成したアモルファス変圧器は、大容量化するとともに、徐々に高電圧化されて２２kV級の変圧器まで製作されている。アモルファス変圧器において更なる高電圧化（６６kV以上）を行う場合、雷による過渡的な異常高電圧（雷サージ）に対して、鉄心を健全に保つ必要がある。
【０００９】
雷サージに対して鉄心を健全に保つためには、アモルファス薄体を多数積層して形成する鉄心積層体において、積層方向に、非導電層あるいは絶縁層を形成することにより、雷サージが鉄心表層に侵入した際、鉄心の積層方向での電位分布を均一化し、上記非導電層での絶縁破壊を防止することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、アモルファス薄帯は約２５μｍと非常に薄いため、全てのアモルファス薄帯に非導電層を形成すると、鉄心の占積率を著しく低下させ、鉄心が大形化することが懸念される。更に、非導電層形成のための費用を大幅に増加するという問題もある。また、複数のアモルファス薄帯の複数枚毎に非導電層を形成することで鉄心の占積率を向上させることはできるが、非導電層を構成するアモルファス薄帯の占める割合が大きすぎると絶縁性能の低下につながるおそれがある。
【００１１】
上記特許文献に開示された発明には、このように鉄心の絶縁性能と占積率の最適なバランスを達成することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は以上の問題点を鑑みてなされたもので、アモルファス薄帯で構成した変圧器鉄心において、雷サージが鉄心表層に侵入した場合でも、鉄心を健全に保つことが可能であり、かつ、鉄心の高い占積率が得られる変圧器鉄心を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の変圧器鉄心は、複数のアモルファス薄帯を積層して構成した鉄心積層体を複数個巻回し、前記鉄心積層体端部をオーバーラップ接合して構成した変圧器巻鉄心において、前記鉄心積層体それぞれは、非導電層を有するアモルファス薄帯と、非導電層を有しないアモルファス薄帯で構成され、前記非導電層を有するアモルファス薄帯と前記非導電層を有しないアモルファス薄帯の積層比は１：５から１：８であることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記変圧器鉄心の非導電層は１.５μｍから２.０μｍであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の変圧器鉄心は、複数のアモルファス薄帯を積層して構成した鉄心積層体を複数個積層して構成した積鉄心を有する変圧器積鉄心において、前記鉄心積層体それぞれは、非導電層を有するアモルファス薄帯と、非導電層を有しないアモルファス薄帯で構成され、前記非導電層を有するアモルファス薄帯と前記非導電層を有しないアモルファス薄帯の積層比は１：５から１：８であることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記変圧器鉄心の非導電層は１.５μｍから２.０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、鉄心の積層方向の所定の間隔に、非導電層あるいは絶縁層を形成することにより、雷サージが鉄心表層に侵入した際、鉄心の積層方向での電位分布を均一化し、上記非導電層での絶縁破壊を防止し、鉄心の健全性を確保することができる。更に、非導電層の形成を必要最小限に抑えることで、鉄心の占積率の低下もほぼ最小限に抑えられ、鉄心の大形化や製作費用の増加を回避できる。これにより、コンパクトで経済的な高電圧対応の低鉄損変圧器鉄心が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１にかかる変圧器巻鉄心を有する変圧器の概略図である。
【図２】実施例１における、一つの変圧器巻鉄心を示す模式図である。
【図３】実施例１における、閉磁路をなす変圧器巻鉄心の製作方法を説明するための模式図である。
【図４】実施例１における鉄心積層体の製作方法を示すフロー図である。
【図５】実施例１における変圧器巻鉄心の製作方法を示すフロー図である。
【図６】本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図７】実施例２における、一つの変圧器積鉄心を示す概略図である。
【図８】実施例２における変圧器積鉄心の具体的構成を説明する模式図である。
【図９】実施例２における鉄心積層体の製作方法を示すフロー図である。
【図１０】実施例２における変圧器積鉄心の製作方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１にかかる変圧器巻鉄心を用いた三相変圧器の概略図である。
タンク１内に、トラック状にアモルファス薄帯を積層して形成した閉磁路をなす鉄心２を４個並べて構成し、鉄心内に高圧側巻線３および低圧側巻線４が配置されている。
【００２１】
高圧側巻線３と高圧側ブッシング（図では省略）の間は、高圧リード線５で、低圧側巻線４と低圧側ブッシング（図では省略）の間は、低圧リード線６で連結されている。
【００２２】
閉磁路をなす鉄心２は、非導電層を有しないアモルファス薄帯２１及び非導電層を有するアモルファス薄帯２２で概略構成され、オーバーラップ部２３で閉磁路を形成する。
【００２３】
また、閉磁路をなす鉄心２は、下部支持体２８、上部支持体２９および連結部材３０により、定常および非定常の電磁力等の印加に対し、十分な機械的強度が得られるように構成する。下部支持体２８は、支持台７を介してタンクに固定されている。
【００２４】
閉磁路をなす鉄心２について詳しく説明する。図２は、本実施例における、閉磁路をなす変圧器巻鉄心を示す模式図である。
【００２５】
ベース部材２５に、非導電層を有しないアモルファス薄帯２１を複数枚（図では４枚）積層し、非導電層を有するアモルファス薄帯２２を１枚積層し、更にこれを繰り返すことにより、鉄心が形成される。図２では３層しか示していないが、実規模の鉄心では５００層から１０００層に及ぶこともある。
【００２６】
また、帯状のアモルファス薄帯が、オーバーラップ部２３で、交互に重ね合わされて、閉磁路を形成する。このようにオーバーラップ構造とすることで、高圧側巻線３および低圧側巻線４を鉄心の内部に配置することを容易にしている。
【００２７】
次に、上述したアモルファス鉄心の製作方法を説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）は、閉磁路をなす鉄心２の製作方法を説明するための模式図である。切断したアモルファス薄帯の一部に非導電層を形成した後、薄帯積層吊り装置２６に取り付けられたベース部材２５上に積層する。
【００２８】
図３（Ａ）に示す所定のアモルファス薄帯を積層した後は、上下を反転させ、下部支持体２８で支持する。高圧側巻線３および低圧側巻線４（図３（Ｂ）中の一点鎖線）を鉄心内に挿入した後、アモルファス薄帯を図３（Ｂ）図の矢印の方向に曲げ、オーバーラップを作製する。
【００２９】
図４、図５は、実施例１における変圧器鉄心の製作方法を示すフロー図である。図４はアモルファス薄帯リボンから鉄心積層体を作製するまでの工程を、図５はそれ以降の工程を示している。
【００３０】
複数のアモルファス薄帯リボン１００から、切断装置１１０により、複数のアモルファス薄帯を作製する。作製されたアモルファス薄帯のうち、非導電層を形成しないアモルファス薄帯は、直接、積層装置１３０に送られる。
【００３１】
非導電層を形成するアモルファス薄帯は、樹脂塗布装置１２０に送られ、熱処理後高い耐熱性を示す熱硬化性樹脂（ポリイミド樹脂）が塗布される。
【００３２】
積層装置１３０では、所定の枚数だけ非導電層を有しないアモルファス薄帯２１を積層した後、非導電層を有するアモルファス薄帯２２を積層する。更に、所定の枚数だけ非導電層を有しないアモルファス薄帯２１を積層した後、非導電層を有するアモルファス薄帯２２を積層することを繰り返し、鉄心積層体１４０を作製する。
【００３３】
鉄心積層体作製（２００）の工程の後、鉄心仮組立てのため、図３（Ｂ）の積層体において、アモルファス薄帯端部を交互に重ね合わせ、オーバーラップ接合を形成する（２１０）。
【００３４】
次に、磁路方向に直流磁界（約２０００Ａ／ｍ）を加えながら、磁気歪をとるための焼鈍処理を行う（２２０）。熱処理温度は約３５０℃、保持時間は約１時間とするのが好ましい。上記、熱処理を行うことにより、アモルファス鉄心の鉄損特性を改善できる。また、非導電層を有するアモルファス薄帯２２には、熱硬化性樹脂による非導電性層が形成される。非導電性層の厚さは、１.５から２μｍとするのが好ましい。
【００３５】
鉄心仮組立てのため形成したオーバーラップ接合（２１０）を開放する（２３０）。接合を開放した鉄心を鉄心支持体へ設置する（２４０）。更に、高圧側巻線３と低圧側巻線４を挿入した（２５０）後、接合を開放した鉄心につき、再び、オーバーラップ接合を形成する（２６０）。閉磁路を形成した変圧器巻鉄心を、上部支持体２９および連結部材３０を用いて固定する（２７０）。
【００３６】
図６は、実施例１の効果を説明するためのグラフである。  
同グラフは、厚さ１μｍ、１.５μｍ、２μｍ及び２.５μｍの非導電層を形成して、非導電層を有しない薄帯に対する非導電層を有する薄帯の積層比率をかえ、サージ電圧に対する健全性を調べたものである。
【００３７】
健全であった条件についてのみ、占積率を縦軸にしてプロットした。非導電層の厚さは１.５μｍあるいは２.０μｍ、非導電層を有する薄帯に対する非導電層を有しない薄帯の積層比率が１：５から１：８の範囲で占積率がほぼ最大となる。それらの範囲より非導電層が薄い場合は、非導電層付き薄帯をより頻繁に挿入する必要があり、占積率を著しく低下させる。また、非導電層を厚くしても、雷サージに対する耐力を高める効果は小さく、占積率を低下させる結果となった。
【００３８】
上述の非導電層を有する薄帯に対する非導電層を有しない薄帯の積層比率を持つ鉄心とすることで、雷サージが鉄心表層に侵入した際、鉄心の積層方向での電位分布を均一化し、上記非導電層での絶縁破壊を防止し、鉄心の健全性を確保できる。
【００３９】
更に、非導電層の形成を必要最小限に抑えることができるため、鉄心の占積率の低下もほぼ最小限に抑えられ、鉄心の大形化や製作費用の増加を回避できる。これにより、コンパクトで経済的な高電圧対応の低鉄損変圧器鉄心が得られる。
【実施例２】
【００４０】
実施例１は、アモルファス巻鉄心にかかるものであるが、本発明は巻鉄心に限られるものではない。実施例２は、切断したアモルファス薄帯を同一平面上で閉磁路をなすように積層して作製した、アモルファス積鉄心にかかるものである。
【００４１】
図７は、実施例２における閉磁路をなす一つの変圧器積鉄心を示す概略図である。図７（Ａ）は平面方向の形状を、図７（Ｂ）は積層方向の形状を示す。本鉄心は、二つの鉄心脚５１と上部継鉄５２と下部継鉄５３で構成される。貫通穴５５は、各アモルファス薄帯の位置決めをするためのものである。
【００４２】
次に、下部継鉄を例にして鉄心の具体的構成を説明する。図８は、積鉄心の具体的構成を説明する模式図である。図８（Ａ）は平面方向の形状を、図８（Ｂ）は積層方向の形状を示す。
【００４３】
実施例２では、４枚の非導電層を有しない切断アモルファス薄帯６１を積層する毎に、非導電層を有する切断アモルファス薄帯６２を挿入して、鉄心積層体６３を形成し、複数の鉄心積層体６３を積層して変圧器積鉄心を構成する。本実施例では、鉄心積層体６３をずらしながら接合させる、所謂ステップラップ接合の構造を用いている。
【００４４】
図９、図１０は、鉄心の製作方法を示すフロー図である。図９はアモルファス薄帯リボンから鉄心積層体を作製するまでの工程を、図１０はそれ以降の工程を示している。
【００４５】
アモルファス薄帯リボン３００（例えば、６巻）から、複数の薄帯を重ねて引出し、穿孔装置３１０で位置決めのための貫通穴５５を開けた後、切断装置３２０で所定の形状に切断する。非導電層を有しない切断アモルファス薄帯になる薄帯は、積層装置３４０に送られる。非導電層を形成するアモルファス薄帯は、樹脂塗布装置３３０に送られ、熱処理後高い耐熱性を示す熱硬化性樹脂（ポリイミド樹脂）が塗布される。
【００４６】
積層装置３４０では、所定の枚数だけ切断した非導電層を有しないアモルファス薄帯６１を積層した後、非導電層を有するアモルファス薄帯６２を積層し、鉄心積層体６３を形成する。鉄心積層体６３は圧着して、取り扱い容易にしている。多数の積層薄帯単位を積層して鉄心積層体３５０を作製する。
【００４７】
鉄心積層体の作製工程（４００）の後、鉄心積層体を用いて、鉄心の仮組立てを行う（４１０）。鉄心積層体をステップラップ接合により閉磁路を形成し、磁路方向に直流磁界（約２０００Ａ／ｍ）を加えながら、磁気歪をとるための焼鈍処理を行う（４２０）。熱処理温度は約３５０℃、保持時間は約１時間が好ましい。
【００４８】
次に、仮組立てした鉄心から、上部継鉄５２を取り外し（４３０）、高圧側、低圧側巻線を挿入した（４４０）後、上部継鉄５２を再び挿入し、閉磁路を形成する。
【００４９】
実施例２においても、実施例１と同様の効果を奏することができる。また、実施例２によれば、積鉄心を用いることで平面上の作業が可能となるので、巻鉄心を用いる実施例１よりも作業性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  タンク
２  鉄心
３  高圧側巻線
４  低圧側巻線
５  高圧リード線
６  低圧リード線
７  支持台
８  絶縁油
２１  非導電層を有しないアモルファス薄帯
２２  非導電層を有するアモルファス薄帯
２３  オーバーラップ部
２８  下部支持体
２９  上部支持体
３０  連結部材
５１  鉄心脚
５２  上部継鉄
５３  下部継鉄
【図１】
2013229529.tif 000003
【図２】
2013229529.tif 000004
【図３】
2013229529.tif 000005
【図４】
2013229529.tif 000006
【図５】
2013229529.tif 000007
【図６】
2013229529.tif 000008
【図７】
2013229529.tif 000009
【図８】
2013229529.tif 000010
【図９】
2013229529.tif 000011
【図１０】
2013229529.tif 000012