專利名稱：變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓器的結(jié)構(gòu)，特別是涉及鐵芯的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為與本發(fā)明關(guān)連的現(xiàn)有技術(shù)有例如特開平6-84656號(hào)公報(bào)和特開平9-7849號(hào)公報(bào)。在特開平6-84656號(hào)公報(bào)中，說明了與利用非晶質(zhì)合金薄帶的卷鐵芯的制造方法和接合結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)。在特開平9-7849號(hào)公報(bào)中，說明了在利用非晶質(zhì)合金薄帶的卷鐵芯中，與具有以重疊接合為基本接合結(jié)構(gòu)的鐵芯的制造方法及接合結(jié)構(gòu)有關(guān)的技術(shù)。
在現(xiàn)有的卷鐵芯中，由于鐵芯材料的內(nèi)外磁路長(zhǎng)度差，在鐵芯內(nèi)側(cè)磁通密度高，隨著向著外周，磁通密度降低。由于這樣，由磁通集中產(chǎn)生磁通波形的變形，產(chǎn)生異常損失，不可避免使特性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是在變壓器的鐵芯中，改善鐵芯內(nèi)部的磁通分布，達(dá)到提高鐵芯特性的目的。
在本發(fā)明中，在層疊卷鐵芯的各單元(或?qū)?時(shí)，增加接合部分的重疊量，或適當(dāng)?shù)嘏渲脤?duì)接接合和重疊接合，使外周側(cè)的磁阻比現(xiàn)有的卷鐵芯降低，可以緩和鐵芯內(nèi)內(nèi)外周上的磁通密度的差別。


圖1為作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的變壓器的結(jié)構(gòu)例的圖；圖2為圖1的變壓器中使用的鐵芯的截面結(jié)構(gòu)圖；圖3為鐵芯內(nèi)的磁通分布的說明圖；
圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的說明圖；圖5為本發(fā)明的第三實(shí)施例的說明圖；圖6為本發(fā)明的第四實(shí)施例的說明圖；圖7為本發(fā)明的第五實(shí)施例的說明圖；圖8為本發(fā)明的第六實(shí)施例的說明圖；圖9為本發(fā)明的第七實(shí)施例的說明圖；圖10為本發(fā)明的第八實(shí)施例的說明圖；圖11為本發(fā)明的第九實(shí)施例的說明圖；圖12為本發(fā)明的第十實(shí)施例的說明圖；圖13為本發(fā)明的第十一～第十三實(shí)施例的說明圖；圖14為本發(fā)明的第十一實(shí)施例的說明圖；圖15為本發(fā)明的第十四～第十六實(shí)施例的說明圖；圖16為本發(fā)明的第十四實(shí)施例的說明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，利用附圖，說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1～3為本發(fā)明的第一實(shí)施例的說明圖。圖1為作為本發(fā)明的第一實(shí)施例的變壓器的結(jié)構(gòu)例子的圖。圖2為圖1的變壓器中使用的鐵芯的接合截面的結(jié)構(gòu)圖。圖3為鐵芯內(nèi)的磁通分布的說明圖。
在圖1中，1為變壓器，2為形成電氣回路的勵(lì)磁用線圈，3為形成磁路的卷鐵芯，4為機(jī)械地保護(hù)變壓器的容器。鐵芯3例如為將0.02×10m-3～0.60×10-3m左右的板狀磁性材料層疊多層，層疊成環(huán)狀構(gòu)成的。該層疊多層的板狀磁性材料，其兩端互相重疊而形成環(huán)狀。
圖2為表示圖1的變壓器中使用的卷鐵芯3的接合部分的截面結(jié)構(gòu)圖的圖。
在圖2中，3為卷鐵芯；B1、B2.....BN為基于構(gòu)成卷鐵芯的板狀磁性材料的第一層；U1、U2、.....UN為第一層BN向卷繞方向錯(cuò)開并層疊形成的第二層；LN為卷鐵芯3的接合部分的第一層BN的兩端互相重疊在卷繞方向的長(zhǎng)度。N表示從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)配置在第N個(gè)(N＝1，2，3.....)。
該第一層BN隨著向著外周，其兩端的重疊量LN增加。由于這樣，可以抑制磁阻相對(duì)于磁路長(zhǎng)度的增加的增加，與現(xiàn)有的卷鐵芯比較，可以提高外周的磁通密度。
另外，作為表示鐵芯特性的數(shù)值，有鐵損。作為理想，以卷鐵芯的接合結(jié)構(gòu)為100％，在如上述實(shí)施例那樣接合的情況下，鐵損最小。但是，在使用其他接合結(jié)構(gòu)(例如，對(duì)接臺(tái)階重疊方式或重疊方式)組合成重疊部分的情況下，鐵損增加。由于該增加傾向?qū)τ诮雍蠑?shù)不一定成比例，受接合結(jié)構(gòu)或接合方式的配置影響，因此優(yōu)選，如果全部接合數(shù)的1/2以上采用上述第一實(shí)施例所示的接合結(jié)構(gòu)，則可以具有與上述第一實(shí)施例大致相同的鐵芯特性。
圖3為現(xiàn)有的卷鐵芯和卷鐵芯內(nèi)的磁通分布的說明圖。
在圖3中，a為第1實(shí)施例所示的圖2的卷鐵芯3內(nèi)的A-A′部分的磁通分布特性，b為第二實(shí)施例所示的圖4的卷鐵芯3內(nèi)的A-A′部分的磁通分布特性，c為現(xiàn)有的卷鐵芯的A-A’部分的磁通分布特性。在實(shí)施例1中，可以保持外周側(cè)的磁通密度較高，以使磁阻的增加緩和如實(shí)施例1所示那樣。由于這樣，鐵芯內(nèi)的磁通刻度分布相比于現(xiàn)有的鐵芯成為一樣的分布，可以提高鐵芯特性。
圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的說明圖，它表示作為第二實(shí)施例的變壓器中使用的卷鐵芯3的接合截面結(jié)構(gòu)圖。
在圖4中，與圖2同樣，3為卷鐵芯；B1、B2......BN為基于構(gòu)成卷鐵芯的板狀磁性材料的第一層；U1、U2.....UN為第一層BN向著卷繞方向錯(cuò)開并層疊形成的第二層；LN為卷鐵芯3的接合部分的第一層BN的兩端互相重疊在卷繞方向上的長(zhǎng)度。在第二實(shí)施例中，第一層BN的兩端的卷繞方向上的重疊長(zhǎng)度LN，在相同的第二層UN內(nèi)具有相同的重疊量LN，其結(jié)構(gòu)為從內(nèi)周側(cè)至外周側(cè)的層，重疊量LN增加。在第二實(shí)施例中，通過使重疊量LN從內(nèi)周向外周增加，與現(xiàn)有的卷鐵芯比較，可以抑制在層疊方向的外周上的磁阻的增加，使鐵芯的內(nèi)外周差造成的磁通密度的差相比于現(xiàn)有的卷鐵芯可以均勻地一致，可以提高卷鐵芯全體的平均磁通密度。這樣，在改善鐵芯特性的同時(shí)，可使相同的單元內(nèi)的重疊量LN一致，將磁性材料的使用量抑制至最小限度，可以實(shí)現(xiàn)接合作業(yè)效率高的接合結(jié)構(gòu)。
另外，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例同樣，優(yōu)選，全部接合數(shù)的1/2以上為上述實(shí)施例的接合。
在第一、第二實(shí)施例中，第一層BN的重疊量LN，對(duì)于變壓器容量為5kVA～2000kVA，優(yōu)選為1mm≤LN≤250mm。在最內(nèi)周側(cè)的第一層B1上的重疊量L1＝0是理想的，但當(dāng)考慮現(xiàn)實(shí)的制造工序和制造精度時(shí)，優(yōu)選L1在1mm以上。另外，當(dāng)變壓器容量大時(shí)，卷鐵芯本身也大，最外周的LN與最外周上的磁路長(zhǎng)的比例減小，會(huì)削弱使磁通密度差均勻的效果。由于這樣，當(dāng)考慮現(xiàn)實(shí)的作業(yè)性和成本平衡時(shí)，優(yōu)選將最外周側(cè)的LN抑制為250mm左右。
圖5為本發(fā)明的第三實(shí)施例的說明圖，它是表示構(gòu)成作為第三個(gè)箯的變壓器的卷鐵芯和線圈的關(guān)系的圖。
在圖5中，5表示線圈和鐵芯的關(guān)系為心式形，2為勵(lì)磁用的線圈，3為卷鐵芯，6為卷鐵芯的重疊部分。在本第三實(shí)施例中，由于鐵芯的重疊部分配置在勵(lì)磁用的線圈的框架外，因此重疊作業(yè)容易，另外，由于為心式形，卷鐵芯一次重疊作業(yè)所需時(shí)間少。這樣，在第三實(shí)施例中，可以提高鐵芯特性，并可以大大減少作業(yè)時(shí)間。
圖6為本發(fā)明的第四實(shí)施例的說明圖，它是表示構(gòu)成作為第四實(shí)施例的變壓器的卷鐵芯和線圈的關(guān)系的圖。
在圖6中，5表示線圈和鐵芯的關(guān)系為心式形，2為勵(lì)磁用的線圈，3為卷鐵芯，6為卷鐵芯的重疊部分。在本第四實(shí)施例中，卷鐵芯的重疊部分為配置在勵(lì)磁用的線圈的框架內(nèi)的結(jié)構(gòu)。由于這樣，雖然重疊作業(yè)困難，但可以將鐵芯的高度尺寸縮小約5％。這樣，在第四實(shí)施例中，可以提高鐵芯特性，而且可以一并使變壓器緊湊。
圖7為本發(fā)明的第五實(shí)施例的說明圖，它是表示構(gòu)成作為第五實(shí)施例的變壓器的卷鐵芯和線圈的關(guān)系的圖。
在圖7中，7為表示線圈和鐵芯的關(guān)系的殼式形，2為勵(lì)磁用的線圈，3為卷鐵芯，6為卷鐵芯的重疊部分。在本第五實(shí)施例中，鐵芯的重疊部分配置在勵(lì)磁用線圈的框架外面。由于這樣，重疊作業(yè)容易，減少作業(yè)時(shí)間的效果大。
圖8為本發(fā)明的第六實(shí)施例的說明圖，它為表示構(gòu)成作為第六實(shí)施例的變壓器的卷鐵芯和線圈的關(guān)系的圖。
在圖8中，7表示線圈和鐵芯的關(guān)系為殼式形。2為勵(lì)磁用的線圈，3為卷鐵芯，6為卷鐵芯的重疊部分。在本第六實(shí)施例中，鐵芯的重疊部分配置在勵(lì)磁用的線圈的框架內(nèi)。由于這樣，雖然重疊作業(yè)困難，但鐵芯高度尺寸可以縮小約5％，可以提高鐵芯特性，使變壓器結(jié)構(gòu)緊湊。
圖9為本發(fā)明的第七實(shí)施例的說明圖，它是表示構(gòu)成作為第七實(shí)施例的變壓器的卷鐵芯和線圈的關(guān)系的圖。
在圖9中，7表示線圈和鐵芯的關(guān)系為殼式形，2為勵(lì)磁用的線圈，3為卷鐵芯，6為卷鐵芯的重疊部分。圖9為殼式形單側(cè)的鐵芯接合部分在勵(lì)磁用線圈的框架外，相對(duì)于卷繞方向，在垂直方向配置，另一個(gè)鐵芯接合部分在勵(lì)磁用線圈的框架外，配置在線圈側(cè)面?zhèn)?。在第七?shí)施例中，由于卷鐵芯的重疊部分全部配置在線圈框架外，因此重疊作業(yè)容易。
另外，可以將上述第一、第二實(shí)施例組合使用。
例如在第七實(shí)施例中，殼式形的單側(cè)卷鐵芯接合結(jié)構(gòu)可將1/2作成第一實(shí)施例的接合結(jié)構(gòu)，1/2作成對(duì)接臺(tái)階重疊方式，另一個(gè)卷鐵心接合為第二實(shí)施例的接合結(jié)構(gòu)。這樣，在作業(yè)性改善的同時(shí)，可縮小單側(cè)的高度尺寸，使作業(yè)性和變壓器尺寸都達(dá)到最優(yōu)。
圖10表示的卷鐵芯的接合結(jié)構(gòu)作為第八實(shí)施例。本結(jié)構(gòu)為從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)按重疊的結(jié)構(gòu)的部分，對(duì)接結(jié)構(gòu)部分的順序配置的卷鐵芯結(jié)構(gòu)。在以比較高的磁通密度設(shè)計(jì)的鐵芯規(guī)格的情況下，磁通的偏分布少，與磁通分布的均勻化的效果相比，通過將磁特性良好的重疊接合配置在成為高磁通密度的內(nèi)側(cè)，更改善鐵芯的特性。
圖11所示的卷鐵芯接合結(jié)構(gòu)作為第九實(shí)施例。本結(jié)構(gòu)為從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)，按對(duì)接結(jié)構(gòu)部分、重疊結(jié)構(gòu)部分、和對(duì)接結(jié)構(gòu)部分的順序配置的卷鐵芯結(jié)構(gòu)。對(duì)于實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)，考慮細(xì)的磁通分布，與鐵芯層疊方向中心比較，通過使磁通密度低的最內(nèi)周成為對(duì)接結(jié)構(gòu)，可以維持鐵芯特性的改善，抑制接合部分的層疊厚度，可使變壓器尺寸減小。
圖12所示的卷鐵芯的接合結(jié)構(gòu)作為第十實(shí)施例。本結(jié)構(gòu)為從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)，按重疊結(jié)構(gòu)部分、對(duì)接結(jié)構(gòu)部分和重疊結(jié)構(gòu)部分的順序配置的卷鐵芯結(jié)構(gòu)。在按比較低的磁通密度設(shè)計(jì)的鐵芯規(guī)格中，因?yàn)楫?dāng)取一樣的接合結(jié)構(gòu)時(shí)，因?yàn)榇磐ㄆ植即?，通過使磁通均等分布，可以改善鐵芯特性。
另外，作為第十一實(shí)施例，在圖13中表示三相五腳鐵芯結(jié)構(gòu)。第八實(shí)施例為使各個(gè)鐵芯內(nèi)的一部分重疊接合，剩余的對(duì)接接合的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，各個(gè)鐵芯不是全部相同的結(jié)構(gòu)也可以。通過使各個(gè)鐵芯內(nèi)的磁通密度均勻，改善鐵芯特性。在鐵芯內(nèi)的磁通密度偏心大的情況下有效。圖14表示第八實(shí)施例的鐵損的情況。作為比較，一并表示使全部的接合部分為對(duì)接接合的參考例1。第八實(shí)施例在特別高的磁通密度下，可以改善鐵芯特性。
作為第十二實(shí)施例，在圖13中，鐵芯結(jié)構(gòu)為使外鐵芯5重疊接合，使內(nèi)鐵芯4對(duì)接接合。通過在磁通密度比較低的外鐵芯5上使用重疊接合，增大有效截面積，可使磁通密度均勻，改善鐵芯特性。這種結(jié)構(gòu)，在高磁通密度設(shè)計(jì)中，可改善特性。
在圖13中，第十三實(shí)施例的鐵芯結(jié)構(gòu)為使內(nèi)鐵芯4重疊接合，使外鐵芯5對(duì)接接合。在磁通密度高的內(nèi)鐵芯4上使用磁特性良好的重疊接合，可以改善鐵芯特性。這種結(jié)構(gòu)，在低磁通密度設(shè)計(jì)中可改善特性。
在第十四實(shí)施例中，表示了圖15所示的三相三腳鐵芯結(jié)構(gòu)的情況。第九實(shí)施例為使各個(gè)鐵芯內(nèi)的一部分重疊接合，剩余的對(duì)接接合的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，各個(gè)鐵芯不是全部相同的結(jié)構(gòu)也可以。通過使各個(gè)鐵芯內(nèi)的磁通密度均勻，可改善鐵芯特性。在鐵芯內(nèi)的磁通密度偏心大的情況下有效。
在第十五實(shí)施例中的圖15中，鐵芯結(jié)構(gòu)為使外鐵芯5重疊接合，使內(nèi)鐵芯4對(duì)接接合。通過在磁通密度比較低的外鐵芯5上使用重疊接合，增大有效截面積，可使磁通密度均勻，改善鐵芯特性。這種結(jié)構(gòu)，在高磁通密度設(shè)計(jì)中，可改善特性。
在第十六實(shí)施例中的圖15中，鐵芯結(jié)構(gòu)為使內(nèi)鐵芯4重疊接合，使外鐵芯5對(duì)接接合。在磁通密度高的內(nèi)鐵芯4上使用磁特性良好的重疊接合，可以改善鐵芯特性。這種結(jié)構(gòu)，在低磁通密度設(shè)計(jì)中可改善特性。
這樣，在本發(fā)明中，通過使變壓器容量及其規(guī)格一致，改變重疊部的配置和接合結(jié)構(gòu)的比例，不但可以提高卷鐵芯的特性，而且可以調(diào)整作業(yè)性和鐵芯特性與變壓器尺寸的互相平衡，使成本達(dá)到最優(yōu)。
另外，在本發(fā)明中，形成卷鐵芯的板狀磁性材料，不限于非晶質(zhì)薄帶材或硅鋼板等，其他磁性材料也可以。
采用上述方法，使鐵芯內(nèi)的磁阻均勻，可以抑制磁通集中造成的磁通波形變形，可提高鐵芯特性。
隨著社會(huì)上地球環(huán)境保護(hù)活動(dòng)活躍，在配電機(jī)器方面要求提供低損失的機(jī)器，本發(fā)明的可利用性非常高。
權(quán)利要求
1.一種卷鐵芯結(jié)構(gòu)，將多個(gè)磁性材料切斷成規(guī)定尺寸，錯(cuò)開規(guī)定尺寸而卷繞成形，其特征為，卷繞的磁性材料的兩端部具有從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)，按照作成重疊結(jié)構(gòu)的部分、作成對(duì)接結(jié)構(gòu)的部分的順序配置的二個(gè)部分。
2.一種卷鐵芯結(jié)構(gòu)，將多個(gè)磁性材料切斷成規(guī)定尺寸，錯(cuò)開規(guī)定尺寸而卷繞成形，其特征為，卷繞的磁性材料的兩端部具有從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)，按照作成重疊結(jié)構(gòu)的部分、作成對(duì)接結(jié)構(gòu)的部分、作成重疊結(jié)構(gòu)的部分的順序而配置的三個(gè)部分。
3.一種卷鐵芯結(jié)構(gòu)，將多個(gè)磁性材料切斷成規(guī)定尺寸，錯(cuò)開規(guī)定尺寸而卷繞成形，其特征為，卷繞的磁性材料的兩端部具有從卷鐵芯的最內(nèi)周側(cè)，按照作成對(duì)接結(jié)構(gòu)的部分、作成重疊結(jié)構(gòu)的部分、作成對(duì)接結(jié)構(gòu)的部分的順序而配置的三個(gè)部分。
4.一種變壓器，其特征為，在將磁性金屬層疊而形成的，由各自的腳部相鄰地配置的2個(gè)內(nèi)鐵芯和腳部相鄰地配置在這些內(nèi)鐵芯的外側(cè)的2個(gè)外鐵芯構(gòu)成的三相五腳鐵芯結(jié)構(gòu)中，當(dāng)交互地層疊由重疊接合構(gòu)成的塊體和由對(duì)接接合構(gòu)成的塊體而形成鐵芯時(shí)，考慮鐵芯的規(guī)格而任意地選擇層疊的塊體數(shù)。
5.一種變壓器，其特征為，在作為將磁性金屬層疊而形成的，由各自的腳部相鄰地配置的2個(gè)內(nèi)鐵芯和腳部相鄰地配置在這些內(nèi)鐵芯的外側(cè)的2個(gè)外鐵芯構(gòu)成的三相五腳鐵芯結(jié)構(gòu)中，通過內(nèi)鐵芯的接合部為對(duì)接接合、外鐵芯的接合部為重疊接合而形成。
6.一種變壓器，其特征為，在將磁性金屬層疊而形成的，由各自的腳部相鄰地配置的2個(gè)內(nèi)鐵芯和腳部相鄰地配置在這些內(nèi)鐵芯的外側(cè)的2個(gè)外鐵芯構(gòu)成的三相五腳鐵芯結(jié)構(gòu)中，通過內(nèi)鐵芯的接合部為重疊接合、外鐵芯的接合部為對(duì)接接合而形成。
7.一種變壓器，其特征為，在將磁性金屬層疊而形成的，由各自的腳部相鄰地配置的2個(gè)內(nèi)鐵芯和包圍這些內(nèi)鐵芯的外周配置的外鐵芯構(gòu)成的三相三腳鐵芯結(jié)構(gòu)中，通過使由重疊接合構(gòu)成的塊體和由對(duì)接接合構(gòu)成的塊體交互地重疊而形成鐵芯，這時(shí)，考慮鐵芯的規(guī)格而任意地選擇重疊的塊體數(shù)。
8.一種變壓器，其特征為，在將磁性金屬層疊而形成的，由各自的腳部相鄰地配置的2個(gè)內(nèi)鐵芯和包圍這些內(nèi)鐵芯的外周配置的外鐵芯構(gòu)成的三相三腳鐵芯結(jié)構(gòu)中，通過內(nèi)鐵芯的接合部為對(duì)接接合、外鐵芯的接合部為重疊接合而形成。
9.一種變壓器，其特征為，在將磁性金屬層疊而形成的，由各自的腳部相鄰地配置的2個(gè)內(nèi)鐵芯和包圍這些內(nèi)鐵芯的外周配置的外鐵芯構(gòu)成的三相三腳鐵芯結(jié)構(gòu)中，通過內(nèi)鐵芯的接合部為重疊接合、外鐵芯的接合部為對(duì)接接合而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了通過改善鐵芯內(nèi)部的磁通分布，可以提高鐵芯特性的卷鐵芯接合結(jié)構(gòu)。考慮鐵芯內(nèi)部的磁通密度分布，該卷鐵芯具有從鐵芯內(nèi)周側(cè)隨著向外周增加重疊量的接合結(jié)構(gòu)或通過適當(dāng)?shù)嘏渲脤?duì)接接合和重疊接合而構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01F41/02GK101086913SQ20071010777
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者山下晃司, 松田洋二, 西山和男, 細(xì)川正雄, 福井和元, 山口英正, 本間徹, 遠(yuǎn)藤博之, 篠原誠(chéng) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)