(57)【要約】【課題】無負荷損を低減した効率の良い鉄心、及び変圧器を提供することである。【解決手段】アモルファス材料で構成された巻鉄心において、内周側の接合構造をオーバラップ接合とし、外周側の接合構造をステップラップ接合とし、前記内周側と外周側の割合を所定の割合とした巻鉄心を採用する。これにより鉄心損失を低減しつつ軽量化することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス材料で構成された巻鉄心において、
内周側の接合構造をオーバラップ接合とし、外周側の接合構造をステップラップ接合とし、内周側に配置されたオーバラップ構造の鉄心の割合を３５〜６２％とした変圧器用鉄心。
【請求項２】
アモルファス材料で構成された巻鉄心において、
内周側の接合構造をオーバラップ接合とし、外周側の接合構造をステップラップ接合とし、前記内周側と前記外周側の鉄心の割合を略同一とした変圧器用鉄心。
【請求項３】
請求項１又は２記載の巻鉄心を備えた変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器の鉄心構造に関し、特に非晶質材料(アモルファス材料)を使用した変圧器用鉄心及びこれを用いた変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
けい素鋼板に比べて磁気特性の優れているアモルファス材を使用した変圧器は珪素鋼板を使用した変圧器よりも鉄損が少なく高効率であるが、アモルファス材の厚さは、珪素鋼板の厚さの約1/10（約0.025mm）と非常に薄い上に硬度が高く、変圧器の製造においては加工が困難である。そのため、アモルファス変圧器の鉄心製作時は複数枚のアモルファス材を積層して１ブロックとし、これを切断して積み重ねた後に鉄心形状に巻くという加工手順で製造が行われている。
【０００３】
鉄心形状に巻く際の端部同士の接合構造には、オーバラップ接合(重ね合わせ接合)とステップラップ接合という２種類の構造がある。図２に示す接合構造はオーバラップ接合と呼ばれるものであり、鉄心材料又は鉄心ブロックの端部同士が重なるように配置されるものである。図３に示す接合構造は、ステップラップ構造と呼ばれるものであり、鉄心材料又は鉄心ブロックの端部同士が、重ならず所定の間隔を空けた状態で突き合わされるように配置されるものである。
【０００４】
特許文献１（特開2006-179727）は、鉄心内の磁束分布の改善や製作作業性の改善などが可能な技術を提供することを目的としたものであり、鉄心のうちの全部のものまたは一部のものを、板状磁性材の両端部が互いに重ね合わされて環状にされた第１の層が複数層積層された第１の層群と、板状磁性材の両端部が互いに突き合わされて環状にされた第２の層または該第２の層が複数層積層された第２の層群とが交互に積層されて成る構成としている。また、上記第１の層群から成る第１の鉄心と、上記第２の層群から成る第２の鉄心との両方を備えた構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006-179727
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、無負荷損を低減した効率の良い鉄心、及びこれを用いた変圧器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、内周側の接合構造をオーバラップ接合とし、外周側の接合構造をステップラップ接合とし、内周側に配置されたオーバラップ構造の鉄心の割合を３２〜６２％としたアモルファス材料を用いた巻鉄心を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、無負荷損を低減した効率の良い鉄心、及びこれを用いた変圧器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本願発明の構成を示す図
【図２】ステップラップ構造を示した図
【図３】オーバラップ構造を示した図
【図４】ラップ構造割合による損失を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、図面を用いて実施例を説明する。図２に示す接合構造はオーバラップ接合と呼ばれるものであり、鉄心材料又は鉄心ブロックの端部同士が重なるように配置されるものである。この接合構造は、重なり分鉄心の総質量が増大するが、接合部の損失の悪化を低減することができる。図３に示す接合構造は、ステップラップ構造と呼ばれるものであり、鉄心材料又は鉄心ブロックの端部同士が、重ならず所定の間隔を空けた状態で突き合わされるように配置されるものである。この接合構造は、重なり代が無い分だけ上記のオーバラップ接合よりも鉄心質量が小さくなるが、接合部の損失の悪化が大きい。
【００１１】
特許文献１は、従来型の鉄心では全てをステップラップ構造としていたところを、接合部の損失改善のために一部オーバラップ構造とした発明が開示されている。具体的には、オーバラップ構造とステップラップ構造とを交互に配置している。これはステップラップ構造の接合部とオーバラップ構造の接合部の透磁率を比較した場合に、オーバラップ構造の透磁率の方が高い点に着目したものである。即ちこの文献によれば、全てをオーバラップ構造とした場合に最も鉄心の損失を低減できることになる。
【００１２】
しかしながら発明者は、以下の実験を行うことで、全てをオーバラップとした場合よりも更に鉄心損失を改善できる構造を見出した。
【００１３】
図１は、本願発明における鉄心の構造である。発明者は、磁束は可能な限り短い経路を通ろうとするため内周側に磁束が集中し、内周側の磁束密度が外周側よりも高くなる点に着目した。そして、この磁束が集中する内周側において、外周側より損失を低減しうる構成とすることで、全体としての鉄心損失を低減できると考えた。この考えに基づき、内周側をオーバラップ構造とし、外周側をステップラップ構造として実験を行った。単相20kVA変圧器用の鉄心における実験条件と実験結果を表１に示す。オーバラップ構造とステップラップ構造の割合を（１）100：0、（２）75：25、（３）50：50、（４）25：75の４パターンに分けて鉄心の損失を計測した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
オーバラップ構造とステップラップ構造との割合を50：50とした（３）の場合に、全てをオーバラップ構造とした（１）の場合よりも鉄心の損失を低減できることが示された。オーバラップと比較して磁束が渡りにくいステップラップ構造を外周側に配置することにより、磁束が外側に漏れるのを防止し、鉄心の損失を低減することができたためと考えられる。（２）の場合は、磁束の外側への漏れ防止効果が小さく、またステップラップ構造を採用したことによる接合部の損失悪化の影響により（１）よりも損失が悪化したものと考えられる。（４）の場合は、ステップラップ構造の割合が大きいため、接合部の損失悪化の影響が更に大きく、磁束の外側への漏れ防止効果よりも影響が大きくなり鉄心の損失が悪化したものと考えられる。
【００１６】
この実験結果を図４に示す。図４には、内周側に配置したオーバラップ構造の割合を35〜62％程度とした場合に、全てをオーバラップ構造とした場合よりも鉄心損失の低減効果が得られることが示されている。
【００１７】
なお、これまで鉄心損失の点に着目して説明してきたが、次に鉄心重量についても説明する。オーバラップ接合では、ステップラップ接合よりも重なり部分の重量分だけ重くなる。したがって、本願発明のように一部にステップラップ接合を採用することにより、鉄心重量を軽量化することができる。表２に、本実験における各鉄心の重量を示す。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
（３）の場合１％程度鉄心を軽量化されていることが示されている。即ち、オーバラップ構造とステップラップ構造の割合を50％：50％にすることにより、全てをオーバラップ構造とした場合よりも鉄心損失を改善しつつ軽量化することもできる。
【００２０】
これまで20KVA変圧器用鉄心を用いて説明したが、本発明はこの大きさの鉄心に限定されるものではない。また単相変圧器や三相変圧器など、様々なタイプの変圧器に適用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１…ステップラップ構造
２…オーバラップ構造
３…巻鉄心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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