(57)【要約】【課題】本発明は、アモルファス変圧器を製造する工程において熱処理を不要とするものである。【解決手段】アモルファス鉄心と、前記アモルファス鉄心に巻きまわされたコイルを有するアモルファス変圧器において、前記アモルファス鉄心の内径側に支持体を有し、前記支持体をタンク内に保持する保持部材を有し、前記支持体は前記アモルファス鉄心の内径側から外径側に向けて応力を印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス鉄心と、前記アモルファス鉄心に巻きまわされたコイルを有するアモルファス変圧器において、
前記アモルファス鉄心の内径側に支持体を有し、
前記支持体をタンク内に保持する保持部材を有し、
前記支持体は前記アモルファス鉄心の内径側から外径側に向けて応力を印加するものであることを特徴とするアモルファス変圧器。
【請求項２】
請求項１において、前記支持体は前記コイルの上下両端部に設けられた上部支持体及び下部支持体であり、
前記保持部材は前記タンクの上面に固定された状態であり、かつ、前記コイルの上端部に設けられた前記上部支持体に接続されることを特徴とするアモルファス変圧器。
【請求項３】
請求項１において、前記支持体は前記コイルの上下両端部に設けられた上部支持体及び下部支持体あり、
前記保持部材は前記タンクの上面及び底面にそれぞれ固定され、かつ、前記保持部材はそれぞれ前記上部支持体及び前記下部支持体に接続されることを特徴とするアモルファス変圧器。
【請求項４】
請求項１において、前記支持体は前記コイルの上下両端部に設けられた上部支持体及び下部支持体であり、
前記保持部材は前記タンクの側面に固定され、かつ、前記コイルの上端部に設けられた前記上部支持体に接続されることを特徴とするアモルファス変圧器。
【請求項５】
請求項２において、前記上部支持体及び前記下部支持体の間に支持軸を有し、前記支持軸の長さが調整可能であることを特徴とするアモルファス変圧器。
【請求項６】
請求項３において、前記上部支持体及び前記下部支持体の間に支持軸を有し、前記支持軸の長さが調整可能であることを特徴とするアモルファス変圧器。
【請求項７】
請求項４において、前記上部支持体及び前記下部支持体の間に支持軸を有し、前記支持軸の長さが調整可能であることを特徴とするアモルファス変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアモルファス鉄心を用いた変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アモルファス鉄心を用いた変圧器は電磁鋼板を用いたものに比べ低損失であることが特徴である。また、アモルファス鉄心の特性を十分発揮させるためには、鉄心に磁場中で熱処理を加え、飽和磁気特性を改善する必要がある。熱処理は、鉄心体積が大きくなるにつれ、加熱・冷却に時間がかかる難点がある。また、アモルファスは、適正でない熱処理により、脆化するなどの問題点もある。
【０００３】
これら問題点に対し特許文献１によれば、アモルファス箔をラップ後、熱処理して組み上げる工程が示されている。また、アモルファス箔に脱落防止のコーティングを施すことが開示されている。熱処理はアモルファス箔の製造ひずみを除去し、アモルファス箔に磁気異方性を与え、アモルファス箔の磁気飽和をしやすくさせる。アモルファス箔は、製造直後は微細な磁区構造となり、箔内に垂直異方性を持つなど磁気特性が劣化している。これを熱処理することで磁区幅の広い飽和しやすい磁気特性を得ることができる。
【０００４】
一方、アモルファス箔は磁気ひずみが大きいことが知られており、磁気ひずみは動作ノイズの原因となることが知られている。磁気ひずみは磁化に伴う磁化方向への箔の伸びであり、磁歪効果と呼ばれる。アモルファス箔に張力を印加することでその方向に磁気異方性が誘導される。これを逆磁歪効果とよぶ。このような応力をアモルファス箔に与えると、磁区が整形され、磁化しやすくなる。
【０００５】
特許文献２には、応力印加をアモルファス箔の段階で事前に行い、かつアモルファス箔に残留応力を与えて磁気特性を改善する技術が示されている。しかし、アモルファス箔は、変圧器製造中に事前に与えた応力と逆方向に応力印加されると、この技術による効果が失われるおそれがある。
【０００６】
また、この付加応力解放のため熱処理を行うと、あらかじめ与えた歪みも解消してしまう問題点がある。
【０００７】
また応力印加はたとえば特許文献３に示されるように、アモルファス箔を多数枚重ね、変圧器に形成させる工程でも発生する。この技術によれば、アモルファス箔に張力は印加されるが、この印加された張力は組み上げ後の熱処理工程により解放されてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３８４１８
【特許文献２】米国特許第４７８２９９４号明細書
【特許文献３】特開平１０−２７０２６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の問題点に鑑み、本発明は、アモルファス変圧器を製造する工程において熱処理を不要とすることを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、アモルファス鉄心と、アモルファス鉄心に巻きまわされたコイルを有するアモルファス変圧器において、アモルファス鉄心の内径側に支持体を有し、支持体をタンク内に保持する保持部材を有し、支持体はアモルファス鉄心の内径側から外径側に向けて応力を印加するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アモルファス鉄心に熱処理をおこなうことなく熱処理後の磁気特性と同等の特性を有したものを得ることができ、製造工程が簡略化される。また、熱処理に伴い発生しうるアモルファス箔の脆化がないことから、コーティングが不要となり、安価なアモルファス変圧器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】a）は本発明の実施例のうちもっとも特徴を示す図であり，ｂ）はその変形例である。
【図２】ａ）は本発明の元となったアモルファス磁化曲線の応力変化と，ｂ）は印加磁界と応力の関係を示す図である。。
【図３】本発明の基本原理を示す概略図である
【図４】ａ）ｂ）本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】鉄心をタンク筐体に固定する例を示す。
【図６】ａ）ｂ）ｃ）アモルファス接合の例を示す図である。
【図７】ａ）ｂ）ｃ）スポット接合におけるアモルファス接合の形態を示す図である。
【図８】トロイダル構造を有する応力印加アモルファス変圧器の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。以降単相変圧器につき説明するが、３相変圧器においても同様である。
【実施例１】
【００１４】
図1ａ）に本発明の第１の実施例を示す。
幅１７０ｍｍ厚さ２５μｍのアモルファス箔２０００枚を短冊状に切断し、１０枚一組としてラップする。これに支持体幅８を鉄心幅７より２から６ｍｍ程度超えるよう設計した下部支持体２を挿入し鉄心２次巻き線及び１次巻き線よりなるコイル３を形成する。その後下部支持体２と同じ幅の上部支持体４を設置後ラップ部９を形成する。
【００１５】
ラップ部は図1ａ)下部に示すように左右からアモルファス箔を重ねるごとに２液型の熱硬化性樹脂接着剤を塗布し、順に形成する。アモルファス箔を最上部まで積み上げたのち、上から加圧して接着剤を排出させ、その後全体を７０℃で２時間ほど大気中保持し、接着剤溶剤を揮発させる。
【００１６】
１２時間かけて冷却と固化を進めたのち、上部支持体４及び下部支持体２の左右に取り付けたフランジ部１０に支持軸１１、応力印加ナット１７、固定ナット１８により、上下方向に張力印加するよう締め付けを行う。なお、このラップ部は変圧器の上下どちらでも配置可能である。応力印加は、まず応力印加ナット１７を図面上方向に移動させる。これによりアモルファス箔に張力が印加される。応力印加ナット１７の移動量からあらかじめ数値計算で求めた応力量を対応させる。アモルファス鉄心に平均２０ＭＰaの応力印加を行い、上ナット１８でフランジと応力印加ナット１７を固定する。
【００１７】
さらに、支持体幅８を鉄心幅７より大きくすることで、鉄心上下部の水平部分においても張力印加の効果を得ることができる。
【００１８】
このようにして構成した鉄心に巻き線を施し、タンク内に絶縁物を介して静置し、タンク上部とブッシングを介してリード線をとりつけ、変圧器とした。
【００１９】
このようにして得られたアモルファス鉄心の磁気特性は通常のラップを行った鉄心で熱処理していないものに比べ、励磁１．５Ｔ、５０Ｈｚにおける損失は１０％減少した。これは、励磁に要する電力は１／４となり，無負荷損失は１／４となったことによる。無負荷損失は熱処理したアモルファス鉄心の損失値と比較しても１０％の増加にとどまった。製作したアモルファス鉄心に割れや剥がれはなく、これをそのまま油浸漬することで表面被服が不要となり、通常の熱処理品に比べ３０％の価格低減が可能となった。
【００２０】
また、この方法で製作したアモルファス変圧器は、通常品に比べ騒音レベルが３０％低減される効果があることもわかった。従来のアモルファス箔同士はバンド固定程度の抑えがあったのに対し、本実施例では張力印加による拘束が加わり、アモルファス箔の自由な振動が抑制された結果と考えられる。
【００２１】
図1ｂ）にこの方法の変形例を示す。上部支持体４及び下部支持体２を挿入し、コイルを形成した後、コイル内部に上部支持体４及び下部支持体２を支えるボールねじ１２を挿入する。その後、上下方向にナットを締めて上部支持体４及び下部支持体２を押し、アモルファス鉄心に張力を印加する。その後の工程は前記と同様である。
【００２２】
上記により得られた磁気特性は、損失値、無負荷損失、騒音レベルともに図1ａ)と同程度であった。
【００２３】
本発明者らの検討により、アモルファス箔に張力を印加した場合の磁気特性は、図２a)に示すように張力を印加したさい、磁気飽和しやすくなることがわかった。ところがこの現象は応力を開放すると消失してしまう可逆現象であることもわかった。１５０Ａ／ｍの磁界における磁気特性は無張力での磁束密度が１．１Ｔから印加張力５ＭＰａでの磁束密度が１．３Ｔへと増加する。この印加磁界値にて、印加応力と磁束密度値の関係を調べたものが図２b)である。このアモルファス箔の熱処理後の磁束密度が１．５Ｔであることから印加応力を２０ＭＰａまで増加させると、熱処理前のアモルファス箔の磁束密度が熱処理後の値と同等になることがわかる。また、応力は１０ＭＰａ程度でも効果は十分発揮される。
【００２４】
このような応力が図３に矢印で示すような張力を鉄心に与えられると、鉄心各部の飽和磁界が減少し、鉄心が飽和しやすくなると考えられる。
【実施例２】
【００２５】
図4a）に本発明の他の実施例を示す。図1a）と同じ手順で作製した鉄心に上部支持体４、下部支持体２をとりつけ、上部支持体はたとえば図５のようにタンク固定フランジ１９を介して固定部１４をタンクに固定する。このようにすることで、アモルファス鉄心１及びコイル３を一体として保持部材１６により垂下させる。これにより、アモルファス鉄心１にはアモルファス鉄心１及びコイル３を併せた自重さが加わり引張応力が印加される。さらに、おもり１５を下部支持体２にぶら下げる構成とすることで、アモルファス鉄心の下部にも応力を印加することが可能となる。
【００２６】
本実施例での応力印加は平均的に１５ＭＰaであり、特に変圧器下部には１０ＭＰa程度の応力印加となった。このため無負荷損失は、アモルファス鉄心を熱処理したものを用いた場合に比べ２０％高い値となった。騒音レベルも同等であった。
【００２７】
変形例として、図4ｂ）に示すように、タンク下部にも固定部１４を設け、下部支持体２と固定部１４を保持部材１６を介して連結する構造とした。製作手順は、下部支持体２とタンク１３とを結合し、応力印加ナット１７の締め込み量から印加応力が２０および３０ＭＰaとなるよう調整した。これによる無負荷損失は、アモルファス鉄心を熱処理したものに比べ２０ＭＰaでは１０％大きく、３０ＭＰaではほぼ同等の損失値となった。騒音レベルに関しては、３０％低減であったが中心周波数が低くなり、可聴周波数以下の成分が増加した。
【００２８】
本発明におけるラップ部は、印加応力に耐える引張り強度が必要である。アモルファスを接合する方法として、接着剤は有効であるが、溶剤を除去する必要がある、接着剤体積が有限でラップ部の面積増加のため磁束密度が低下するなどの問題がある。また、別な方法としてはアーク溶接、レーザ溶接、スポット溶接などの直接結合が考えられる。以下に一例をしめす。
【００２９】
図６にラップ部の構造を示す。図６ａ)は接着剤の例、図６ｂ）はスポット溶接による接合例である。スポット接合は点であるため、引張り応力値に応じ箔内の点数を増加させた。このラップ部を適用した結果、接着剤に比べスポット接合では損失が接着剤の場合の２倍程度と大幅に増加した。この理由は図６c)に示すようにラップ部を磁束が通過するさい、渦電流を発生させ、これが上限に流れて電流経路を形成するためとわかった。そこで、図７にこれらの解決策を示す。
【００３０】
図７ａ）は、２枚の箔の片側のみ接合し、積層する方法である。接合枚数は渦電流の点では２枚以上制限はないが、接合部の変形を考慮し２０枚以下がよい。また、溶接部の変形を分散させる要求から、図７ｂ)のように接合部を左右に分けてもよい。しかし、強度の面からはすべての箔を一体化したほうがよく、このためには図７ｃ）のような面内に分散させて接合する方法が優れている。このような接合により、引張り強度は４０ＭＰaまで印加可能である。
【００３１】
図８a)にトロイダル型の変圧器構造の一例を示す。この場合、つなぎ目がないためラップ部にあたる部分は図８ｂ)のようなアモルファス箔構造となる。このような構造では、理論的にアモルファス箔の破壊点数１００ＭＰaまで応力印加は可能であるが、他部材の制約から、５０ＭＰa程度までの応力印加が可能である。また、このような構造をとった場合、コイルは図８ｃ）のようにトロイダル巻きとする必要がある。
【００３２】
このトロイダル巻きを適用した図８a)の単層変圧器では、アモルファス鉄心を熱処理したものを用いた場合に比べ無負荷損失が２０％低減した。
【符号の説明】
【００３３】
1・・アモルファス鉄心、２・・下部支持体、３・・コイル、４・・上部支持体、５・・張力印加方向、６・・鉄心内応力、７・・鉄心幅、８・・支持体幅、９・・ラップ部、１０・・フランジ、１１支持軸、１２・・ボールねじ、１３・・タンク、１４・・固定部、１５・・おもり、１６・・保持部材、１７  ・・応力印加ナット、１８・・・固定ナット、１９タンク固定フランジ
【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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