МАГНИТНЫЙ СЕРДЕЧНИК И ТРАНСФОРМАТОР
MAGNETIC CORE AND TRANSFORMER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к магнитному сердечнику и трансформатору.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Магнитный сердечник используется как сердечник трансформатора, реактора, противопомехового фильтра и т.д. В трансформаторе, в прошлом, с точки зрения повышения эффективности, снижение потерь в сердечнике было одной из важных целей. Снижение потерь в сердечнике исследуется в различных аспектах.
[0003] Например, в PTL 1 раскрыт трансформатор, содержащий прямоугольный кольцеобразный магнитный сердечник, состоящий из набора листов электростали и имеющий соединенные части, обмотку, намотанную вокруг по меньшей мере одной из колоннообразных частей магнитного сердечника, сжимающий элемент, сжимающий колоннообразные части, имеющие соединенные части, в направлении укладки листов электростали, и элемент приложения натяжения, прикладывающий натяжение в окружном направлении к по меньшей мере одной колоннообразной части магнитного сердечника.
[0004] Кроме того, например, в PTL 2 раскрыт магнитный сердечник с толщиной намотки 40 мм или более, выполненный из множества листов текстурованной (имеющей направленную структуру) электростали кольцевой формы при наблюдении сбоку уложенных в стопку в направлении толщины листа, причем магнитный сердечник содержит внутренний сердечник, расположенный на стороне внутренней поверхности, и внешний сердечник, расположенный на стороне внешней поверхности внутреннего сердечника, причем толщина намотки внутреннего сердечника имеет предопределенный размер, листы текстурованной электростали, формирующие внутренний сердечник среди листов текстурованной электростали, имеющие множество изогнутых частей криволинейных форм при наблюдении сбоку, которые сформированы микроструктурами металла, включающими в себя двойниковые кристаллы, внешний сердечник имеет более высокую степень заполнения листов текстурованной электростали, чем внутренний сердечник.
[0005] Кроме того, например, в PTL 3 раскрыто получение листовых магнитных материалов путем разрезания листа электростали на приблизительно трапецеидальные формы, приблизительно неравносторонние четырехугольные формы, приблизительно пятиугольные формы и т.д., расположение этих листовых магнитных материалов на плоскости, формирующей верхнее, нижнее, левое и правое направления, и соединение их друг с другом на их поверхностях в направлении толщины, при этом формируется один слой ламинированного сердечника. Кроме того, в PTL 3 раскрыта конфигурация, в которой зазоры, имеющие определенные протяженности по ширине, сформированы в соединенных местоположениях, и передние поверхности зазоров покрыты скрепляющими накладками из магнитных материалов.
[0006] Кроме того, например, в PTL 4 раскрыта конфигурация трансформатора разделенного типа, содержащего фиксированный сердечник и подвижный сердечник, в котором предотвращается утечка магнитного потока с помощью скрепляющих зажимных пластин вокруг соединенных частей фиксированного сердечника и подвижного сердечника.
[Список цитированных документов]
[Патентные документы]
[0007] [PTL 1] Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии № 2018-32703
[PTL 2] Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии № 2017-157806
[PTL 3] Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии № 2017-22189
[PTL 4] Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии № 2005-38987
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[Техническая задача]
[0008] Однако, чем ниже потери в сердечнике, тем лучше. Имеются дополнительные возможности для усовершенствования традиционных магнитных сердечников, таких как описано в PTL 1 и PTL 2. С другой стороны, в известных решениях, описанных в PTL 3 и PTL 4, элементы в форме пластин прикреплены в соединительных местах сердечников, чтобы предотвращать утечку магнитного потока. Однако, при таком методе, потери на вихревые токи возникают в элементах в форме пластин, так что имеет место проблема, состоящая в том, что потери в сердечнике не могут быть подавлены.
[0009] Поэтому, настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанной проблемы. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить магнитный сердечник и трансформатор, в которых потери в сердечнике снижены.
[Решение проблемы]
[0010] Для решения вышеописанной проблемы, изобретатели выполнили интенсивные исследования и обратили внимание на потери в сердечнике, обусловленные изогнутыми частями в магнитном сердечнике. То есть, в изогнутых частях, магнитная проницаемость падает, а потери в сердечнике возрастают. Кроме того, в этих частях, возникает поток утечки, и вихревые токи, вызванные этим потоком утечки, приводят к увеличению потерь в сердечнике. Изобретатели обнаружили, что путем обеспечения новых магнитных путей на боковых поверхностях криволинейных частей или угловых частей в магнитном сердечнике в целях подавления потерь в сердечнике в таких изогнутых частях, поток утечки подавляется и что путем подавления вихревых токов, генерируемых в частях иных, чем магнитные пути, потери в сердечнике сокращаются. Они провели дополнительные исследования, в результате которых было создано настоящее изобретение.
[0011] Сущность настоящего изобретения, осуществленного на основе вышеизложенных выводов, заключается в следующем:
(1) Магнитный сердечник, содержащий
элемент сердечника, который сформирован наматыванием первых листов электростали, который образован в форме кольца при наблюдении с боковой поверхности и который имеет одну или более изогнутых частей видимых с боковой поверхности, и
один или более пакетов вторых листов электростали, уложенных вместе друг над другом,
причем каждый пакет расположен на по меньшей мере одной из поверхностей, образованных боковыми поверхностями первых листов электростали в изогнутой части элемента сердечника, так что поверхность, образованная боковыми поверхностями вторых листов электростали, проходит вдоль нее.
(2) Магнитный сердечник в соответствии с (1), где направление уложенных друг на друга поверхностей вторых листов электростали пакета проходит вдоль направления уложенных друг на друга поверхностей первых листов электростали элемента сердечника.
(3) Магнитный сердечник в соответствии с (1) или (2), где угол уложенных друг на друга поверхностей вторых листов электростали к линии, соединяющей центральную точку внутренней окружной части изогнутой части и центральную точку внешней окружной части изогнутой части по меньшей мере на одной из боковых поверхностей, при наблюдении элемента сердечника с направления, проходящего вдоль поверхности первых листов электростали, составляет 45 градусов или более и 90 градусов или менее.
(4) Магнитный сердечник в соответствии с любым одним из (1)-(3), где элемент сердечника имеет угловую часть при наблюдении элемента сердечника с боковой поверхности.
(5) Магнитный сердечник в соответствии с любым одним из (1)-(4), где форма элемента сердечника, при наблюдении элемента сердечника с боковой поверхности, представляет собой восьмиугольную форму.
(6) Магнитный сердечник в соответствии с любым одним из (1)-(5), где толщина вторых листов электростали является той же, что и толщина первых листов электростали, или меньше, чем толщина первых листов электростали.
1
2
2
1
(7) Магнитный сердечник в соответствии с (6), где, когда толщина первых листов электростали равна T и толщина вторых листов электростали равна T, отношение T/T равно 0,5 или более и 1,0 или менее.
(8) Магнитный сердечник в соответствии с любым одним из (1)-(7), где вторые листы электростали изолированы друг от друга.
(9) Трансформатор, содержащий
элемент сердечника, который образован наматыванием первых листов электростали, который образован в форме кольца, при наблюдении с боковой поверхности, и который имеет одну или более изогнутых частей, видимых с боковой поверхности, и
один или более пакетов вторых листов электростали, уложенных вместе друг над другом,
причем каждый пакет расположен на по меньшей мере одной из поверхностей, образованных боковыми поверхностями первых листов электростали в изогнутой части элемента сердечника, так что поверхность, образованная боковыми поверхностями вторых листов электростали, проходит вдоль нее.
[Преимущества изобретения]
[0012] В соответствии с настоящим изобретением, можно обеспечить магнитный сердечник и трансформатор, в которых потери в сердечнике снижены.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг. 1 представляет собой пространственный вид, показывающий один пример магнитного сердечника в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой вид в плане, показывающий элемент сердечника, которым снабжен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1, со стороны боковой поверхности листов электростали.
Фиг. 3 представляет собой частичный увеличенный вид в плане, показывающий часть боковой поверхности элемента сердечника, для пояснения одного примера компоновки элемента сердечника и пакета, которым оснащен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1.
Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид для пояснения компоновки пакета, которым снабжен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1.
Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе с разнесением элементов, показывающий один пример способа присоединения пакета, которым снабжен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1.
Фиг. 6 представляет собой частичный увеличенный вид в плане, показывающий часть боковой поверхности элемента сердечника, для пояснения другого примера изогнутой части в элементе сердечника в соответствии с настоящим вариантом осуществления.
Фиг. 7 представляет собой частичный увеличенный вид в плане, показывающий часть боковой поверхности элемента сердечника, для пояснения другого примера изогнутой части в элементе сердечника в соответствии с настоящим вариантом осуществления.
Фиг. 8 представляет собой схематичный вид, показывающий то, каким образом магнитный поток протекает через элемент сердечника в случае, когда не предусмотрено никакого пакета.
Фиг. 9 представляет собой схематичный вид, показывающий состояние расположения пакета, чтобы покрывать напряженные области, по сравнению с фиг. 8.
Фиг. 10 представляет собой вид, показывающий поперечное сечение вдоль штрих-пунктирной линии I-I’, показанной на фиг. 9, и схематичный вид, показывающий то, каким образом магнитный поток протекает через поперечное сечение вдоль штрих-пунктирной линии I-I’.
Фиг. 11 представляет собой схематичный вид, показывающий пример области на стороне боковой части прямоугольного пакета, показанного на фиг. 3, срезанного в положении снаружи от угловой части.
Фиг. 12 представляет собой схематичный вид, показывающий пример вторых листов электростали, формирующих пакет, приведенных в дугообразную форму.
2
1
2
1
Фиг. 13 представляет собой график, показывающий соотношение между отношением T/T толщины T вторых листов электростали к толщине T первого листа электростали и потерями в сердечнике элемента сердечника.
ОПСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Ниже, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно пояснены со ссылками на приложенные чертежи. Отметим, в настоящем описании и на чертежах, составные элементы, имеющие по существу те же самые функции и конфигурации, будут обозначены теми же самыми ссылочными позициями, и перекрывающиеся описания будут опущены. Кроме того, отношения и размеры составных элементов на чертежах не отражают действительных отношений и размеров составных элементов.
[0015] 1. Магнитный сердечник и трансформатор
Сначала, со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 4, будет пояснен магнитный сердечник и трансформатор в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1 представляет собой пространственный вид, показывающий один пример магнитного сердечника в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2 представляет собой вид в плане, показывающий элемент сердечника, которым снабжен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1, со стороны боковой поверхности листов электростали. Фиг. 3 представляет собой частичный увеличенный вид в плане, показывающий часть боковой поверхности элемента сердечника, для пояснения одного примера компоновки элемента сердечника и пакета, которым оснащен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1. Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид для пояснения компоновки пакета, которым снабжен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1.
[0016] Магнитный сердечник 1 в соответствии с настоящими вариантами изобретения, снабжен элементом 2 сердечника, который образован наматыванием первых листов электростали 20, который образован в форме кольца при наблюдении с боковой поверхности и который имеет одну или более изогнутых частей 22, видимых с боковой поверхности, и один или более пакетов 3 вторых листов 30 электростали уложены вместе друг на друга. Пакет 3 расположен по меньшей мере на одной из боковых поверхностей первых листов электростали 20 в элементе 2 сердечника, так что поверхность, образованная боковой поверхностью второго листа 30 электростали в пакете 3 следует поверхности, образованной на боковой поверхности первых листов электростали 20 в изогнутой части 22. Магнитный сердечник 1, как показано на фиг. 2, образован в целом как восьмиугольник (октагон). В настоящем варианте осуществления, магнитный сердечник 1 снабжен элементом 2 сердечника, пакетами 3 и зажимами 4.
[0017] Как показано на фиг. 2, элемент 2 сердечника представляет собой намотанный элемент, образованный наматыванием полосообразных первых листов 20 электростали и имеет одну или более изогнутых частей 22. Конкретно, элемент 2 сердечника формирует прямоугольную форму боковыми поверхностями первых листов 20 электростали, изогнутыми, чтобы сформировать четыре угловые части 23 в самой внутреннем замкнутом контуре. Первые листы 20 электростали внешнего замкнутого контура изогнуты в угловых частях 23 первых листов 20 электростали самого внутреннего замкнутого контура и намотаны так, что образуются две угловые части 24. В результате, при наблюдении со стороны боковой поверхности первых листов 20 электростали, элемент 2 сердечника формирует восьмиугольную форму, имеющую восемь угловых частей 24 в своем внешнем замкнутом контуре. С другой стороны, он формирует прямоугольную форму, имеющую четыре угловые части 23 в своем внутреннем замкнутом контуре. Кроме того, элемент 2 сердечника содержит прямые боковые части 21, проходящие вдоль прямых частей первых листов 20 электростали самого внутреннего замкнутого контура, и четыре изогнутые части 22, каждая из которых имеет угловую часть 23 в ее самом внутреннем замкнутом контуре и две угловые части 24, образованные на стороне внешнего замкнутого контура угловой части 23.
[0018] Толщина первых листов электростали 20 может, например, составлять 0,20 мм или более и 0,40 мм или менее. Использование листов электростали с тонкой толщиной в качестве первых листов 20 электростали, затрудняет формирование вихревых токов внутри плоскости толщины листа первых листов 20 электростали, и потери на вихревые токи в составе потерь сердечника могут быть снижены. В результате, потери сердечника магнитного сердечника 1 могут быть дополнительно снижены. Толщина первых листов 20 электростали предпочтительно составляет 0,18 мм или более и 0,35 мм или менее, более предпочтительно 0,18 мм или более и 0,27 мм или менее.
[0019] Для первых листов 20 электростали, например, могут быть использованы существующие листы текстурованной электростали или существующие листы неориентированной электростали. Предпочтительно, первые листы 20 электростали представляют собой листы текстурованной электростали. При использовании листов текстурованной электростали для элемента сердечника, становится возможно уменьшить потери на гистерезис в потерях сердечника, а также становится возможным дополнительно уменьшить потери сердечника магнитного сердечника 1.
[0020] Намотанные слои первых листов 20 электростали предпочтительно изолированы друг от друга. Например, поверхности первых листов 20 электростали предпочтительно обрабатываются, чтобы сделать их изолированными. Обеспечение изолированных слоев первых листов 20 электростали затрудняет формирование вихревых токов внутри плоскости толщины слоя первых листов 20 электростали, и потери на вихревые токи могут быть снижены. В результате, потери сердечника магнитного сердечника 1 могут быть дополнительно снижены. Например, поверхности первых листов 20 электростали 20 предпочтительно обрабатываются, чтобы сделать их изолирующими, с использованием раствора изолирующего покрытия, содержащего коллоидный диоксид кремния и фосфат.
[0021] Каждый пакет 3 сформирован путем укладки друг над другом множества сформированных в листовой форме вторых листов 20 электростали. Пакет 3 располагается по меньшей мере на одной поверхности боковых поверхностей изогнутой части 22, так что боковые поверхности вторых листов 30 электростали пакета 3 контактируют и проходят вдоль боковых поверхностей первых листов 20 электростали изогнутой части 22 при поддержании изоляции. Магнитный поток, проходящий через элемент 2 сердечника, легко утекает от частей изогнутой части 22, где первые листы 20 электростали изогнуты. Чем больше изогнуты первые листы 20 электростали, тем легче утекать магнитному протоку. В элементе 2 сердечника, показанном на фиг. 2, первые листы 20 электростали сильно изогнуты в прямой части, соединяющей угловую часть 23 и угловую часть 24, так что магнитному потоку, протекающему через элемент 2 сердечника, легко утекать в этой части. Однако пакет 3 расположен по меньшей мере на одной поверхности боковых поверхностей изогнутой части 22, так что боковые поверхности вторых листов 30 электростали пакета 3 проходят вдоль боковых поверхностей первых листов 20 электростали изогнутой части 22, поэтому поток утечки, возникающий в изогнутой части 22, может проходить от одной боковой части 21 через пакет 3, затем проходить через другую боковую часть 21, соединенную с пакетом 3. В результате, становится возможным снизить потери сердечника, возникающие в магнитном сердечнике 1. В частности, при расположении пакета 3 на двух сторонах изогнутой части 22, как показано на фиг. 1, потери в сердечнике могут быть снижены намного больше.
[0022] Каждый пакет 3 и элемент 2 сердечника предпочтительно изолированы друг от друга. Например, изолирующий слой предпочтительно размещен между пакетом 3 и элементом 2 сердечника. В качестве материала изолирующего слоя может быть использован изолирующий материал на основе натурального каучука, эпоксидной смолы, поливинилхлорида, полиуретана или другие различные известные изоляторы.
I
O
[0023] Магнитный сердечник 1, как показано на фиг. 4, в настоящем варианте осуществления, расположен так, что угол Ɵ уложенных друг над другом поверхностей вторых листов 30 электростали в пакете 3 по отношению к линии L, соединяющей центральную точку M внутреннего замкнутого контура боковой поверхности в изогнутой части 22 и центральную точку M внешнего замкнутого контура боковой поверхности в изогнутой части 22 становится равным 45 градусов или более и 90 градусов или менее. При угле Ɵ, становящемся равным 45 градусов или более и 90 градусов или менее, вторые листы электростали 30 становятся магнитными путями для потока утечки, генерируемого в изогнутой части 22, так что вихревые токи, генерируемые в частях иных, чем магнитные пути, дополнительно подавляются. Более предпочтительно, угол уложенных друг на друга поверхностей листов электростали в пакете равен 75 градусов или более и 90 градусов или менее.
[0024] Каждый пакет 3, например, на фиг. 3, расположен так, что уложенные друг на друга поверхности вторых листов 30 электростали образуют угол 90 градусов относительно линии L. Вследствие этого, вторые листы 30 электростали становятся магнитными путями для потока утечки, генерируемого в изогнутой части 22, так что вихревые токи, генерируемые в частях иных, чем магнитные пути, подавляются намного сильнее. В результате, потери в сердечнике снижаются.
2
2
1
1
2
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
[0025] Толщина T вторых листов 30 электростали не ограничена особым образом. Однако толщина T вторых листов 30 электростали может быть выбрана такой же, что и толщина T первых листов 20 электростали 20, или может быть меньше, чем толщина T первых листов 20 электростали. Путем выбора толщины T вторых листов 30 электростали 30 меньше, чем толщина T первых листов 20 электростали, поток утечки, возникающий в изогнутой части 22 элемента 2, сердечника проходит через пакет 3 намного более эффективно. Кроме того, путем выбора толщины T вторых листов 30 электростали пакета 3 той же самой, что и толщина T первых листов 20 электростали элемента 2 сердечника, или тоньше, чем толщина T первых листов 20 электростали элемента 2 сердечника, потери на вихревые токи снижаются, и потери в пакете 3 поддерживаются низкими. Вследствие этого, становится возможным уменьшить потери на вихревые токи, возникающие вследствие потока утечки, намного сильнее. В результате, потери в сердечнике магнитного сердечника 1 могут быть дополнительно снижены. Поэтому, предпочтительным образом, отношение T/Tтолщины T вторых листов 30 электростали к толщине T первых листов 20 электростали равно 1,0 или менее. С другой стороны, с учетом диапазона толщины слоя, который может быть изготовлен, нижний предел T/T становится равным 0,5 или около того.
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
[0026] Фиг. 13 является графиком, показывающим соотношение между отношением T/T толщины T вторых листов 30 электростали относительно толщины T первых листов 20 электростали и потерями в сердечнике элемента 2 сердечника. На фиг. 13, показаны характеристики при использовании магнитного сердечника 1 в соответствии с настоящим изобретением для производства трансформаторов на 25 кВА и 75 кВА. Как показано на фиг. 13, в трансформаторах как на 25 кВА, так и на 75 кВА, были получены результаты, показывающие, что чем меньше отношение T/T толщины T вторых листов 30 электростали к толщине T первых листов 20 электростали, тем в большей степени снижаются потери в сердечнике. Поэтому значение T/T предпочтительно выбирается по возможности малым. Если T/T становится равным 1,0 или менее, по сравнению с тем, когда T/T больше, чем 1,0, отношение, при котором потери в сердечнике снижаются вместе с уменьшением T/T, становится больше. В трансформаторе на 75 кВА, эта тенденция проявляется более заметно. Поэтому, как пояснено выше, отношение T/T толщины T вторых листов 30 электростали к толщине T первых листов 20 электростали предпочтительно равно 1,0 или менее.
[0027] Кроме того, вторые листы 30 электростали могут представлять собой листы электростали те же самые или отличающиеся от первых листов 20 электростали. Конкретно, в качестве вторых листов 30 электростали, могут использоваться, например, существующие листы текстурованной электростали или существующие листы неориентированной электростали. Предпочтительно, вторые листы 30 электростали представляют собой листы текстурованной электростали. При использовании листов текстурованной электростали для пакетов 3, становится возможным снизить потери на гистерезис в составе потерь в сердечнике, и в результате становится возможным дополнительно снизить потери в сердечник магнитного сердечника 1.
[0028] Вторые листы 30 электростали 30 предпочтительно изолированы. Например, поверхности листов электростали предпочтительно обработаны для обеспечения изоляции. Уложенные друг на друга слои вторых листов 30 электростали, являющиеся изолированными, затрудняют формирование вихревых токов внутри плоскости толщины слоя вторых листов 30 электростали, и потери на вихревые токи могут быть дополнительно снижены. В результате, потери в сердечнике магнитного сердечника 1 могут быть дополнительно снижены. Например, поверхности вторых листов 30 электростали предпочтительно обработаны, чтобы сделать их изолированными, с использованием раствора изолирующего покрытия, содержащего коллоидный диоксид кремния или фосфат.
[0029] Отметим, что каждый пакет 3 может, в случае необходимости, иметь сквозные отверстия, проходящие через пакет 3 с боковой поверхности. Сквозные отверстия имеют болты зажимов 4 или другие крепежные элементы, введенные в них так, чтобы прижимать пакет 3 к элементу 2 сердечника.
[0030] Зажим 4 предусмотрен вокруг изогнутой части 22 и прижимает пакет 3 к элементу 2 сердечника. Здесь, со ссылкой на фиг. 5, будет пояснен один пример зажима 4 в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе с разнесением элементов, показывающий один пример способа присоединения пакета, которым снабжен магнитный сердечник, показанный на фиг. 1. Зажим 4, как показано на фиг. 5, содержит опорные стойки 41, крепежные пластины 42, внешнюю пластину 43, внутренние пластины 44, болты 45 и гайки 46.
[0031] Как показано на фиг. 5, на стороне внешнего замкнутого контура и стороне внутреннего замкнутого контура изогнутой части 22, расположены опоры 41 для поддержки пакета 3. Кроме того, крепежные пластины 42 расположены так, чтобы зажимать изогнутую часть 22 и пакет 3 между ними, внешняя пластина 43, расположенная на стороне внешнего замкнутого контура элемента 2 сердечника, и внутренняя пластина 44, расположенная на стороне внутреннего замкнутого контура элемента 2 сердечника, используются для прикрепления пакета 3 к изогнутой части 22. Пакет 3 имеет сквозные отверстия, через которые вставляются болты 45. Опорные стойки 41 и крепежные пластины 42 соответственно имеют сквозные отверстия в положениях, соответствующих сквозным отверстиям пакета 3. Болты 45 вставлены в сквозные отверстия пакета 3, сквозные отверстия опорных стоек 41 и сквозные отверстия крепежных пластин 42, затем гайки 46 прикрепляются к концам болтов 45. Внешняя пластина 43 и внутренняя пластина 44 соответственно имеют соответствующие множества сквозных отверстий в направлениях ширины пластин. Болты 45 вставляются в эти соответствующие сквозные отверстия, и гайки 46 прикрепляются на концах болтов 45.
[0032] Отметим, что, для болтов 45, могут быть использованы болты с по меньшей мере поверхностями, обработанными для обеспечения изоляции. Например, для болтов 45, могут быть использованы изоляторы, например из керамики. Вследствие этого, благодаря болтам 45, пакеты 3 прикрепляются к боковым поверхностям элемента 2 сердечника без проводящего соединения элемента 2 сердечника и пакетов 3.
[0033] Кроме того, материал болтов 45 предпочтительно является немагнитным. За счет выполнения материала болтов 45 немагнитным, может предотвращаться проникновение потока утечки в болты 45 и генерация вихревых токов.
[0034] Далее, на основе фиг. 8 - фиг. 10, будет описано действие, обусловленное обеспечением пакета 3, содержащего множество выполненных в листовой форме вторых листов 30 электростали, уложенных вместе друг на друга. Фиг. 8 представляет собой схематичный вид, показывающий то, каким образом магнитный поток проходит через элемент 2 сердечника в случае, когда не предусмотрено никакого пакета 3.
[0035] Первые листы 20 электростали элемента 2 сердечника изогнуты в положениях угловых частей 24. В положениях угловых частей 24 возникают напряжения. Поэтому, как показано на фиг. 8, области 50 напряжения формируются в элементе 2 сердечника вдоль положений двух угловых частей 24. Стрелка A1, стрелка A2 и стрелка A3, показанные на фиг. 8, схематично показывают то, каким образом течет магнитный поток, когда магнитный поток протекает через напряженные области 50. Кроме того, толщины стрелки A1, стрелки A2 и стрелки A3 показывают величины магнитного потока. Как показано на фиг. 8, когда магнитный поток проходит через напряженные области 50, происходит утечка магнитного потока, при этом магнитный поток становится меньше по величине и возникают потери в сердечнике.
[0036] Фиг. 9 показывает состояние, когда пакет 3 помещен так, чтобы накрывать напряженные области 50, по сравнению с фиг. 8. Кроме того, фиг. 10 представляет собой вид, показывающий поперечное сечение вдоль штрих-пунктирной линии I-I’, показанной на фиг. 9, и схематичный вид, показывающий то, каким образом магнитный поток протекает через поперечное сечение вдоль штрих-пунктирной линии I-I’. На фиг. 10, протекание магнитного потока показано стрелками. Как показано на фиг. 10, напряженные области 50, соответствующие угловым частям 24, покрыты пакетом 3, причем в положениях угловых частей 24 магнитный поток проходит через пакет 3 в этих положениях.
[0037] Конкретно, как показано на фиг. 10, когда магнитный поток проходит через угловые части 24, поток утечки возникает в положениях угловых частей 24, но поток утечки проходит от одной боковой части 21 элемента 2 сердечника через пакет 3 и проходит через другую боковую часть 21, соединенную с этим пакетом 3. То есть, поток утечки, генерируемый, когда магнитный поток проходит через напряженные области 50 угловых частей 24, захватывается пакетом 3, затем проходит через пакет 3 и возвращается в элемент 2 сердечника.
[0038] Кроме того, пакет 3 формируется множеством выполненных в листовой форме вторых листов 30 электростали, уложенных вместе друг на друга. Предпочтительно, смежные вторые листы 30 электростали изолированы друг от друга. Поэтому потери на вихревые токи, когда магнитный поток проходит через пакет 3, подавляются. Вследствие этого, потери в сердечнике магнитного сердечника 1 снижаются. Отметим, что на фиг. 10 был показан пример, где пакеты 3 были расположены на двух боковых поверхностях элемента 2 сердечника, но пакет 3 может также быть расположен по меньшей мере на одной из боковых поверхностей элемента 2 сердечника.
[0039] С другой стороны, при использовании непрерывного единого куска металлического листа, имеющего форму, подобную пакету 3, вместо этого пакета 3, расположение металлического листа на боковой поверхности элемента 2 сердечника привело бы к короткому замыканию уложенных друг на друга поверхностей первых листов 20 электростали, и изоляция между первыми листами 20 электростали больше не поддерживалась бы. Поэтому, большие вихревые токи протекают к поперечному сечению первых листов 20 электростали 20, и потери (потери на вихревые токи) возрастают. Даже при изоляции металлических листов от элемента 2 сердечника, магнитный поток проходил бы через большое поперечное сечение металлических листов, что привело бы в итоге к возрастанию потерь на вихревые токи.
[0040] В соответствии с настоящим изобретением, пакет 3 формируется множеством выполненных в листовой форме вторых листов 30 электростали 30, уложенных вместе друг на друга, магнитный поток проходит через меньшее поперечное сечение вторых листов 30 электростали пакета 3, изолированных друг от друга, и потери на вихревые токи надежно снижаются. Поэтому, потери в сердечнике магнитного сердечника 1 снижаются.
[0041] Далее, на основе фиг. 11 и фиг. 12, будут пояснены вариации формы пакета 3. На фиг. 3, был показан пакет 3 прямоугольной формы, но пакет 3 также может быть выполнен в треугольной форме, имеющей угловую часть 23 первых листов 20 электростали в качестве ее вершины и имеющей угловые части 24 в качестве ее сторон, и по существу V-образную форму, покрывающую области, включающие в себя окружные стороны.
[0042] Фиг. 11 представляет собой схематичный вид, показывающий пример областей на сторонах 21 боковой части прямоугольного пакета 3, показанного на фиг. 3, срезанного в положениях снаружи от угловых частей 24. Концевые части двух сторон боковых частей 21 пакета 3 смещены от угловых частей 24 точно на предопределенные расстояния D. Поток утечки захватывается в областях предопределенных величин D на сторонах боковых частей 21 от угловых частей 24. Отметим, что чем большими становятся предопределенные величины D, тем более надежно захватывается поток утечки, но площадь пакета 3 увеличивается, так что затраты на изготовление пакета 3 возрастают.
[0043] Кроме того, фиг. 12 представляет собой схематичный вид, показывающий пример вторых листов 30 электростали, формирующих пакет 3, выполненных в дугообразной форме. В примере, показанном на фиг. 12, концевые части двух сторон боковых частей 21 пакета 3 также смещены от угловых частей 24 на предопределенные величины D. Путем выполнения вторых листов 30 электростали 30 в дуговых формах, в областях сторон боковых частей 21 от угловых частей 24, вторые листы 30 электростали больше продолжаются в направлениях вдоль первых листов 20 электростали. Иными словами, по сравнению с фиг. 3 и фиг. 11, в конфигурации на фиг. 12, в областях сторон боковых частей 21 от угловых частей 24, направления вторых листов 30 электростали больше приближаются к направлениям первых листов 20 электростали. Поэтому пакет 3 может более надежно захватывать поток утечки.
[0044] Ввиду описанного выше, в соответствии с настоящим изобретением, становится возможным снизить потери в сердечнике, возникающие в магнитном сердечнике 1. Кроме того, в соответствии с магнитным сердечником 1 в соответствии с настоящим изобретением, становится возможным сдерживать шумы трансформатора, изготовленного с использованием магнитного сердечника 1. То есть, пакет 3 располагается по меньшей мере на одной поверхности вдоль боковых поверхностей изогнутой части 22, так что боковые поверхности вторых листов 30 электростали пакета проходят вдоль боковых поверхностей первых листов 20 электростали изогнутой части 22. Поэтому поток утечки, генерируемый в изогнутой части 22, может проходить от одной боковой части 21 через пакет 2, затем проходить через другую боковую часть 21, соединенную с этим пакетом 3. В результате, становится возможным снизить шум, генерируемый в магнитном сердечнике 1.
[0045] Магнитный сердечник в соответствии с настоящим изобретением может применяться в трансформаторе. Трансформатор в соответствии с настоящим изобретением снабжен магнитным сердечником в соответствии с настоящим изобретением, первичной обмоткой, вторичной обмоткой. При приложении напряжения переменного тока к первичной обмотке, генерируется магнитный поток в магнитном сердечнике в соответствии с настоящим изобретением. Ввиду изменения генерируемого магнитного потока, напряжение прикладывается к вторичной обмотке. Пакет, который имеет магнитный сердечник, расположен по меньшей мере на одной из боковых поверхностей изогнутой части, так что боковые поверхности вторых листов электростали пакета проходят вдоль боковых поверхностей первых листов электростали изогнутой части, поэтому утечка магнитного потока, генерируемого в магнитном сердечнике в соответствии с настоящим изобретением, наружу магнитного сердечника подавляется. В результате, становится возможным снизить потери в сердечнике, возникающие в магнитном сердечнике, а также становится возможным подавить шумы трансформатора.
[0046] 2. Модификации
Выше был описан вариант осуществления настоящего изобретения. Далее будут пояснены некоторые модификации вышеописанного варианта осуществления настоящего изобретения. Отметим, что модификации, поясненные ниже, могут быть применены к вышеописанному варианту осуществления настоящего изобретения независимо или могут быть применены к вышеописанному варианту осуществления настоящего изобретения в комбинации. Кроме того, модификации могут быть применены вместо конфигураций, поясненных в вышеописанном варианте осуществления настоящего изобретения, или могут быть применены дополнительно к конфигурациям, поясненным в вышеописанном варианте осуществления настоящего изобретения.
[0047] В вышеописанном варианте осуществления, был пояснен случай, когда внешний замкнутый контур боковой поверхности элемента сердечника имел восьмиугольную форму, но настоящее изобретение не ограничено этим. Внешний замкнутый контур боковой поверхности элемента сердечника может быть выполнен в форме многоугольника, скругленной квадратной форме, овальной форме, продолговатой форме и т.д. В этом случае, изогнутая часть размещена между одной боковой частью и другой боковой частью, примыкающих друг к другу и является частью, где первые листы электростали расположены друг над другом изогнуто относительно направлений протяженности первых листов электростали в одной боковой части и первых листов электростали в другой боковой части. Со ссылкой на фиг. 6 и фиг. 7, будет пояснен внешний замкнутый контур боковой поверхности в элементе сердечника. Фиг. 6 представляет собой частичный увеличенный вид в плане, показывающий часть боковой поверхности элемента сердечника, для пояснения другого примера изогнутой части в элементе сердечника в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 7 представляет собой частичный увеличенный вид в плане, показывающий часть боковой поверхности элемента сердечника, для пояснения другого примера изогнутой части в элементе сердечника в соответствии с настоящим изобретением.
[0048] Например, первые листы 20 электростали в изогнутой части 22A, показанной на фиг. 6, изогнуты относительно направлений протяженности первых листов электростали 20 в одной боковой части 21A и первых листов 20 электростали в другой боковой части 21A так, чтобы иметь три угловые части 24A в их внешних замкнутых контурах при наблюдении со стороны боковой поверхности первых листов 20 электростали. В результате, элемент 2А сердечника образует двенадцатиугольник, имеющий 12 угловых частей 24A в своем внешнем замкнутом контуре при наблюдении со стороны боковой поверхности первых листов 20 электростали. Например, в элементе 2А сердечника, показанном на фиг. 6, первые листы 20 электростали изогнуты в прямых частях, соединяющих угловую часть 23A и угловые части 24A, так что магнитный поток, проходящий через элемент 2 сердечника, легко утекает в этих частях. Однако, пакет в соответствии с настоящим изобретением расположен по меньшей мере на одной поверхности боковых поверхностей изогнутой части 22A, так что боковые поверхности вторых листов 30 электростали пакета проходят вдоль боковых поверхностей первых листов 20 электростали изогнутой части 22A. По этой причине, поток утечки, генерируемый в изогнутой части 22A, может проходить от одной боковой части 21A через пакет в соответствии с настоящим изобретением, затем проходить через другую боковую часть 21A, соединенную с пакетом. В результате, становится возможным снизить потери в сердечнике, генерируемые в магнитном сердечнике.
[0049] Кроме того, например, элемент 2В сердечника, показанный на фиг. 7, содержащий первые листы 20 электростали, намотанные будучи изогнутыми, и сформированный с изогнутой частью 22B, приобретает дугообразную форму. Изогнутая часть 22B представляет собой область, где дугообразные первые листы 20 электростали уложены друг над другом. Магнитный поток, проходящий через элемент 2В сердечника, легко утекает из изогнутой части 22B. Однако пакет в соответствии с настоящим изобретением расположен по меньшей мере на одной из боковых поверхностей изогнутой части 22B, так что боковые поверхности вторых листов 30 электростали пакета проходят вдоль боковых поверхностей первых листов 20 электростали изогнутой части 22B. По этой причине, поток утечки, генерируемый в изогнутой части 22B, может проходить от одной боковой части 21B через пакет в соответствии с настоящим изобретением, затем проходить через другую боковую часть 21B, соединенную с пакетом. В результате, становится возможным снизить потери в сердечнике, генерируемые в магнитном сердечнике.
[0050] Кроме того, в этом варианте осуществления, был пояснен случай, когда внутренний замкнутый контур боковой поверхности в элементе сердечника имел прямоугольную форму, но настоящее изобретение не ограничено этим. Внутренний замкнутый контур боковой поверхности в элементе сердечника может быть выполнен в форме многоугольника, скругленной квадратной форме, овальной форме, удлиненной форме и т.д. Например, внутренний замкнутый контур боковой поверхности в элементе сердечника может быть выполнен в форме, соответствующей форме внешнего замкнутого контура боковой поверхности. Например, когда внешний замкнутый контур боковой поверхности элемента сердечника является восьмиугольным, внутренний замкнутый контур боковой поверхности может быть выполнен восьмиугольным, а когда внешний замкнутый контур боковой поверхности элемента сердечника имеет скругленную квадратную форму, внутренний замкнутый контур боковой поверхности может быть выполнен в скругленной квадратной форме. Внутренний замкнутый контур боковой поверхности элемента сердечника может также иметь форму, отличающуюся от формы внешнего замкнутого контура боковой поверхности элемента сердечника. В этом случае также, как описано ранее, изогнутая часть размещена между одной боковой частью и другой боковой частью, примыкающими друг к другу, и является частью, где первые листы электростали уложены друг над другом изогнутыми относительно направлений протяженности первых листов электростали в одной боковой части и первых листов электростали в другой боковой части.
[0051] Кроме того, в этом варианте осуществления, был пояснен случай, когда первые листы электростали, формирующие боковые части элемента сердечника имели прямую форму, но первые листы электростали, образующие боковые части элемента сердечника, не обязательно должны иметь прямые формы, а также могут быть криволинейными. В этом случае, можно использовать части с большей кривизной в элементе сердечника в качестве изогнутых частей и использовать части с меньшей кривизной в качестве боковых частей. Форма элемента сердечника с криволинейными боковыми частями является, например, круговой или овальной.
[0052] Кроме того, в этом варианте осуществления, был пояснен случай, когда форма пакета имела форму прямоугольной пластины, но форма пакета не является конкретно ограниченной. Она может иметь форму, соответствующую форме боковой поверхности изогнутой части.
[0053] Кроме того, в этом варианте осуществления, был описан случай, когда пакет содержал плоские, выполненные в листовой форме вторые листы электростали, уложенные вместе друг на друга, но вторые листы электростали не обязательно должны быть ограничены плоскими листами, а могут быть также криволинейными. Можно скомпоновать пакет с использованием вторых листов электростали, изогнутых в соответствии с формой уложенных друг на друга поверхностей первых листов электростали в изогнутой части на боковой поверхности изогнутой части. Вследствие этого, пакет может более эффективно захватывать поток утечки в изогнутой части. В результате, становится возможным дополнительно снизить потери, вызванные в сердечнике.
[0054] Кроме того, в этом варианте осуществления, был пояснен случай, когда пакет имел сквозные отверстия, но настоящее изобретение не ограничено данной иллюстрацией. Например, также может использоваться зажим для прикрепления пакета, не имеющего сквозных отверстий, к элементу сердечника. Вместе зажима, могут также использоваться различные типы существующих связующих веществ, чтобы приклеивать пакет к боковой поверхности элемента сердечника. Если используется связующее вещество, то такое связующее вещество должно обладать изолирующим свойством.
Примеры
[0055] Ниже, при рассмотрении примеров, будут конкретно пояснены варианты осуществления настоящего изобретения. Отметим, что примеры, показанные ниже, являются только иллюстрациями настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничено следующими примерами.
[0056] Листы текстурованной электростали толщиной 0,23 мм были намотаны для изготовления элемента сердечника, имеющего изогнутые части в четырех углах. Зажимая соответствующие четыре изогнутые части элемента сердечника, пакеты (текстурованной, неориентированной) листов электростали, уложенных вместе друг на друга, были размещены так, что уложенные друг на друга поверхности пакетов становились параллельными уложенным друг на друга поверхностям первых листов электростали в изогнутых частях, чтобы изготавливать магнитный сердечник. Этот магнитный сердечник был использован для изготовления трансформатора.
2
1
2
1
2
1
[0057] С использованием вышеописанного способа, как показано в Таблице 1, трансформаторы от 25 кВА до 750 кВА были изготовлены и измерены для оценки соответствующих потерь в сердечнике и звукового давления в качестве оценки шумов. Таблица 1 показывает значения емкостей изготовленных магнитных сердечников, формы элементов сердечников, полные веса трансформаторов, веса элементов сердечников 2, содержавших первые листы 20 электростали, размеры сердечников (вертикальные, горизонтальные, толщины укладки в пакеты, ширины), потери в сердечниках, шумы и отношение T/Tтолщины Tвторых листов 30 электростали к толщине Tпервых листов 20 электростали. Отметим, что полный вес трансформатора представляет собой полный вес, включая корпус, обмотки, элементы 2 сердечника, пакеты 3 и т.д. В качестве сравнительных примеров, были подготовлены Сравнительные Примеры 1-6, в которых, тем же путем, что и в упомянутых примерах, листы текстурованной электростали толщиной 0,23 мм были намотаны, чтобы подготовить элементы сердечника, имеющие изогнутые части в их четырех углах, но пакеты не были размещены для образования магнитных сердечников, и в качестве сравнительных примеров были подготовлены Сравнительные Примеры 7 и 8, где пакеты были размещены, но T/T было сделано равным 1,0 или более. Кроме того, магнитные сердечники были использованы для изготовления трансформатора.
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
[0058] Как пояснено выше, трансформаторы согласно Примерам и трансформаторы согласно Сравнительным Примерам отличаются по характеристике наличия пакетов. Пример 1 и Сравнительный Пример 1 характеризуются общими условиями иными, чем характеристика наличия пакетов. Аналогично, Примеры 2-6 характеризуются общими условиями иными, чем характеристика наличия пакетов соответственно со Сравнительными Примерами 2-6. Кроме того, Сравнительные Примеры 7 и 8 показывают примеры, отличающиеся от упомянутых Примеров по отношению T/T толщины Tвторых листов 30 электростали к толщине Tпервых листов 20 электростали при обеспечении пакетов. Пример 1 и Сравнительный Пример 7 характеризуются общими условиями иными, чем отношение T/T толщины Tвторых листов 30 электростали к толщине Tпервых листов 20 электростали. Кроме того, Пример 6 и Сравнительный Пример 8 характеризуются общими условиями иными, чем отношение T/T толщины T вторых листов 30 электростали к толщине T первых листов 20 электростали. Отметим, что в таблице 1, “скругленный квадрат” означает форму, где угловые части имеют изогнутые части, но являются криволинейными с определенной кривизной, например, форму, показанную на фиг. 7. Потери в сердечнике (отсутствие потерь в сердечнике) и звуковое давление были измерены на основе JEC-2200.
[0059] Таблица 1
Емкость(кВА)
Форма элемента сердечника
Полный вестрансформа-тора (кг)
Весэлементасердечникаиз листовэлектро-стали(кг)
Вертикальныйразмерсердечника (мм)
Горизонтальныйразмерсердечника(мм)
Толщинапакетовсердечников(мм)
Ширинасердечника(мм)
Потерисердечника(Вт)
Шум (дБ)
T1: Толщинапервыхлистов 20электро-сталиT2: Толщинавторыхлистов 30электро-сталиT2/T1
Пр. 1
25
Октагон
136
35
400
150
50
80
28.1
40.0
0.87
Пр. 2
25
Скругл.квадрат
149
34
400
150
50
80
26.8
37.6
0.87
Пр. 3
75
Октагон
321
95
400
200
50
200
72.8
42.6
0.87
Пр. 4
100
Октагон
477
390
1000
250
100
200
361
42.5
0.87
Пр. 5
300
Октагон
1032
815
1000
350
200
200
719
45.0
0.87
Пр. 6
750
Октагон
2482
2003
1000
450
300
300
2027
47.2
0.87
Сравн.пр. 1
25
Октагон
135
35
400
150
50
80
30.9
44.0
-
Сравн.пр. 2
25
Скругл.квадрат
148
34
400
150
50
80
29.3
41.2
-
Сравн.пр. 3
75
Октагон
320
95
400
200
50
200
81.8
46.3
-
Сравн.пр. 4
100
Октагон
475
390
1000
250
100
200
392
47.6
-
Сравн.пр. 5
300
Октагон
1030
815
1000
350
200
200
827
48.9
-
Сравн.пр. 6
750
Октагон
2480
2003
1000
450
300
300
2128
53.0
-
Сравн.пр. 7
25
Октагон
136
35
400
150
50
80
29.8
42.1
1.30
Сравн.пр. 8
750
Октагон
2482
2003
1000
450
300
300
2079
50.3
1.30
[0060] Если сравнивать Пример 1 и Сравнительный Пример 1, потери в сердечнике Примера 1 были 28,1 Вт или меньше, чем потери в сердечнике 30,9 Вт Сравнительного Примера 1. Кроме того, значение звукового давления Примера 1 было равно 40,0 дБ или значению меньше, чем значение 44,0 дБ звукового давления Сравнительного Примера 1. Аналогично, при сравнении Примера 2 - Примера 6, соответственно, со Сравнительным Примером 2 - Сравнительным Примером 6, в каждом случае, трансформатор упомянутого Примера имел меньшие значения потерь в сердечнике и звукового давления.
[0061] Кроме того, если сравнивать Пример 1 и Сравнительный Пример 7, потери в сердечнике Примера 1 были 28,1 Вт или меньше, чем потери в сердечнике 29,8 Вт Сравнительного Примера 7. Кроме того, значение звукового давления Примера 1 было равно 40,0 дБ или значению меньше, чем значение 42,1 дБ звукового давления Сравнительного Примера 7.
[0062] Кроме того, если сравнивать Пример 6 и Сравнительный Пример 8, потери в сердечнике Примера 6 были равны 47,2 Вт или меньше, чем потери в сердечнике 50,3 Вт Сравнительного Примера 8. Кроме того, значение звукового давления Примера 6 было равно 47,2 дБ или значению меньше, чем значение 50,3 дБ звукового давления Сравнительного Примера 8.
[0063] Как указано выше, в соответствии с настоящим изобретением, становится возможным обеспечить магнитный сердечник и трансформатор, в котором потери в сердечнике снижены.
[0064] Выше предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были пояснены подробно со ссылками на приложенные чертежи, но настоящее изобретение не ограничено этими примерами. Понятно, что любой специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение, мог бы предложить различные примеры изменений или примеры коррекций в пределах объема технических идей, описанных в формуле изобретения. Должно быть понятно, что все они, естественно, попадают в технический объем настоящего изобретения.
Перечень ссылочных позиций
[0065] 1 магнитный сердечник
2, 2A, 2B элемент сердечника
20 первый лист электростали
21, 21A, 21B боковая часть
22, 22A, 22B изогнутая часть
23 угловая часть
24 угловая часть
3 пакет
30 второй лист электростали
4 зажим
41 опорная стойка
42 крепежный лист
43 внешний лист
44 внутренний лист
45 болт
46 гайка
50 напряженная область