JP2012028808A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】変圧器の損失を低減可能な鉄心の構造を提供する。
【解決手段】変圧器（１０）は、一方向（Ｚ軸方向）に積層された複数の磁性板を含むレグ鉄心（１４）と、レグ鉄心（１４）に巻回されたコイル（２１）とを備える。複数の磁性板のうち、少なくとも、複数の磁性板の積層方向においてコイルの内周面と対向する磁性板に、スリット（１６）が形成される。スリット（１６）によって渦電流が分断されるので、渦電流の密度を低下させることができる。渦電流の密度を低下することで鉄心（１５）の損失密度を低下させることができる。鉄心（１５）の損失密度を低下させることにより変圧器（１０）の損失を低減できる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は変圧器に関し、特に、変圧器に含まれる鉄心の構造に関する。

大容量の変圧器の鉄心は、一般に、薄板状の磁性体（たとえば電磁鋼板、アモルファス板等）を積層した構造を有している。たとえば特許文献１（実開昭６０−８１６１８号公報）には、鉄心の組立作業を容易にするために、帯状の強磁性板を折り曲げて鉄心を構成することが開示されている。この強磁性板の折曲げ部には、幅方向に僅かな連通部を残して打抜き孔または切欠き孔が形成される。

一方、変圧器の効率を向上させるためには変圧器の損失を低減することが要求される。変圧器の損失にはコイルからの漏れ磁束による渦電流損が含まれる。渦電流損を低減するための技術がこれまでに提案されている。

たとえば特許文献２（特開２００３−３４７１３４号公報）および特許文献３（特開平１−２５９５１４号公報）には、渦電流損を低減するための鉄心の構造が開示されている。具体的には、特許文献２では、積層されたブロック鉄心を挟む上下のリングヨークの両方に水平方向のスリットが形成されることが開示されている。特許文献３では、ギャップ付き主鉄心の両端に設けられた継鉄に、磁束密度分布に沿ってスリットが形成されることが開示されている。

また、たとえば特許文献４〜特許文献６（実開昭６０−５７１１５号公報、特開平１０−１１６７４１号公報、および特開２００１−３５７３３号公報）では、変圧器を収納するためのタンクの内壁面に取り付けられた電磁シールドの構造が開示されている。たとえば特許文献４（実開昭６０−５７１１５号公報）には、複数本のスリットまたは溝が形成されたシールド板が開示されている。スリットまたは溝は、磁束の流入部および流出部となるシールド板の上下両端側に、磁束の浸透深さよりも深くなるよう形成され、かつシールド板の幅方向に沿って延在する。

たとえば特許文献５（特開平１０−１１６７４１号公報）には、ケイ素鋼帯を積層することによって形成された電磁シールドが開示されている。ケイ素鋼帯の表面には、その長手方向に沿ったスリットが少なくとも１つ形成される。たとえば特許文献６（特開２００１−３５７３３号公報）には、タンクの内側に磁性体を積層することで形成された電磁シールドが開示されている。たとえばスリットは、この電磁シールドの表面側にのみ設けられる。

特許文献７（実開昭６２−３２５１８号公報）には、巻線の上面、下面および側面を覆うように形成された電磁シールド部材が開示される。この電磁シールド部材に複数のスリットが形成される。特許文献８（特開２００３−２０３８１３号公報）には、平面導体コイルの上下面の少なくとも一方に設けられた磁性導体にスリットが形成されることが開示されている。

実開昭６０−８１６１８号公報 特開２００３−３４７１３４号公報 特開平１−２５９５１４号公報 実開昭６０−５７１１５号公報 特開平１０−１１６７４１号公報 特開２００１−３５７３３号公報 実開昭６２−３２５１８号公報 特開２００３−２０３８１３号公報

上記のように、変圧器の渦電流損を低減するための各種の技術がこれまでに提案されている。しかしながら変圧器の効率を向上させるためには、変圧器の損失をできるかぎり小さくすることが求められる。したがって変圧器の損失を低減するための技術には、なお改良の余地がある。

本発明は上述の課題を解決するためのものであって、その目的は、変圧器の損失を低減可能な鉄心の構造を提供することである。

本発明は要約すれば、変圧器であって、一方向に積層された複数の磁性板を含む鉄心と、その巻き軸が複数の磁性板の積層方向に直交するように、鉄心に巻回されたコイルと、コイルの内周面と、コイルの内周面に対向する磁性板との間に挿入された電磁シールドとを備える。複数の磁性板の積層方向から見て、スリットは、コイルの内周面に対向する磁性板の表面のうちの電磁シールドと重なりあう領域に形成される。

本発明によれば、鉄心の渦電流損を低減することができるので、変圧器の損失を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 本発明の実施の形態１に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。 図１Ａおよび図１Ｂに示したＺ方向に沿って鉄心を見たときの鉄心を示す図である。 図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ断面を示す図である。 図２Ａ中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた部分の斜視図である。 図３Ａ中の矢印Ｂに示す方向から見た側面図である。 コイルおよびスリットの間の位置関係を示した図である。 スリットの深さを説明するための図である。 コイルによって発生した磁束を説明するための図である。 スリットが形成されていない電磁鋼板表面の渦電流分布を示した図である。 スリットが形成されていない電磁鋼板表面の損失密度を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る電磁鋼板表面の渦電流分布を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る電磁鋼板表面の損失密度を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 本発明の実施の形態２に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。 図９Ａおよび図９Ｂに示された変圧器に含まれる鉄心を示した平面図である。 実施の形態２に係るレグ鉄心を模式的に示した平面図である。 本発明の実施の形態３に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 本発明の実施の形態３に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。 図１２Ａおよび図１２Ｂに示された鉄心を示した平面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面を部分的に拡大して示す図である。 図１２Ａおよび図１２Ｂに示した鉄心の製造方法を模式的に説明するための図である。 本発明の実施の形態４に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 本発明の実施の形態４に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。 実施の形態４による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための斜視図である。 実施の形態４による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態５に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 本発明の実施の形態５に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。 実施の形態５による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための斜視図である。 実施の形態５による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態６に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 本発明の実施の形態６に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。 実施の形態６による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための斜視図である。 実施の形態６による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。 低圧コイルおよび高圧コイルからの漏れ磁束の流れを説明するための図である。 実施の形態６の第１の変形例に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 図２６に示された変圧器を説明するための斜視図である。 図２６および図２７に示した変圧器における電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。 実施の形態６の第２の変形例に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 実施の形態６の第３の変形例に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。 実施の形態６の第４の変形例におけるスリットの配置を説明するための図である。 内鉄型の変圧器の構成を概略的に説明するための図である。 図２２中の鉄心５１の構造を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。

本発明の実施の形態に係る変圧器は、たとえば変電所において送配電のために用いられる。ただし本発明の変圧器は、送配電用と限定されず広く適用可能である。

［実施の形態１］
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る変圧器の構造を概略的に示した図である。図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。

図１Ａおよび図１Ｂを参照して、変圧器１０は、２つの鉄心１５と、コイル２１とを含む。鉄心１５は、閉磁気回路を形成する環状の形状を有する。具体的には、鉄心１５は、略矩形の額縁形状を有する。

鉄心１５は、一対のヨーク（yoke）鉄心１１，１２と、一対のレグ（leg）鉄心１３，１４とを含む。ヨーク鉄心１１とヨーク鉄心１２とは、互いに間隔を隔てて平行に配置され、レグ鉄心１３とレグ鉄心１４とは、互いに間隔を隔てて平行に配置されている。ヨーク鉄心１１，１２の各々の一方端がレグ鉄心１３により接合され、ヨーク鉄心１１，１２の各々の他方端がレグ鉄心１４により接合されている。ヨーク鉄心１１，１２およびレグ鉄心１３，１４の各々は、環状の形状を有する鉄心１５の周回方向に沿って帯状に延びる形状を有する。

２つの鉄心１５は、レグ鉄心１４同士が隣り合うように配置されている。図１Ａ中のＸ軸は２つの鉄心１５の配置方向を示している。Ｘ軸方向に隣り合って配置された２つのレグ鉄心１４にコイル２１が巻回されている。図示しないが、コイル２１は、中心軸を共通とする高圧巻線および低圧巻線を含む。図１Ｂ中のＹ軸はコイル２１の中心軸（巻軸）を示している。

ヨーク鉄心１１，１２およびレグ鉄心１３，１４の各々は、複数枚の薄板状磁性体が層状に重ねられた積層構造を有する。以下では、薄板状の磁性体を「磁性板」と呼ぶことにする。本発明の実施の形態では、ヨーク鉄心１１，１２およびレグ鉄心１３，１４を構成する磁性板として、電磁鋼板、より具体的には方向性鋼板が適用される。

図１Ａおよび図１Ｂに示したＺ軸は、複数枚の磁性板の積層方向を示している。図１ＡＡおよび図１Ｂに示したＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。以後説明する図に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の間にも上述の関係が成立するので、以後は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に関する説明を繰返さないものとする。

本発明の実施の形態では、レグ鉄心１４を構成する複数枚の磁性板のうち、少なくとも、コイル２１の内周面に対向する磁性板の表面にスリット１６が形成される。なお、図１Ａは、複数の磁性板の積層方向に沿って一方の側から見た変圧器１０の構成を示しているが、反対側から見た変圧器１０の構成も図１Ａの構成と同様である。すなわち、Ｚ軸方向に沿って積層された複数の磁性板のうちの両端の磁性板にスリット１６が形成される。

図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂに示された鉄心の平面図である。図２Ａは、図１Ａおよび図１Ｂに示したＺ方向に沿って鉄心を見たときの鉄心を示す図である。図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ断面を示す図である。

図２Ａおよび図２Ｂを参照して、Ｙ方向およびＺ方向は図１に示したＹ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ対応する。ヨーク鉄心１１，１２およびレグ鉄心１３，１４の各々は、Ｚ方向に積層された複数枚の電磁鋼板３１を含む。レグ鉄心１４を構成する電磁鋼板３１の主表面は、Ｙ方向に沿って延在する。

レグ鉄心１４を構成する複数の電磁鋼板のうち、少なくともコイル２１の内周面に対向する電磁鋼板に、スリット１６が形成される。スリット１６は電磁鋼板３１の主表面の延在方向に沿って形成されるので、Ｙ方向（コイル２１の巻軸方向）に延在する。

なお図２Ｂに示されるように、本実施の形態では、Ｚ方向に並ぶ複数の電磁鋼板のうちの端に位置する（コイルの内周面に対向する）電磁鋼板だけでなく、その電磁鋼板からＺ方向に連続的に並ぶ電磁鋼板にスリットが形成される。したがって本実施の形態では、連続する複数の電磁鋼板にスリットが形成される。なお、積層された電磁鋼板３１の各々の主表面には絶縁被膜３２が配置されている。

図３Ａおよび図３Ｂは、図２Ａ中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた部分を拡大して示す図である。図３Ａは、図２Ａ中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた部分の斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａ中の矢印Ｂに示す方向から見た側面図である。

図３Ａおよび図３Ｂを参照して、ヨーク鉄心１２とレグ鉄心１４とは、各鉄心を構成する電磁鋼板３１同士が噛み合うことにより、互いに接合されている。その構造について詳細に説明すると、各鉄心を構成する複数枚の電磁鋼板３１は、第１の電磁鋼板３１ｐと、第２の電磁鋼板３１ｑとを含む。第１の電磁鋼板３１ｐと、第２の電磁鋼板３１ｑとは１枚ずつ交互に積層される。

ヨーク鉄心１２とレグ鉄心１４との接合位置において、電磁鋼板３１ｑの端部は電磁鋼板３１ｐの先端よりも突出する。積層方向に隣り合う電磁鋼板３１ｑの間には隙間が形成されており、ヨーク鉄心１２およびレグ鉄心１４の相互において、電磁鋼板３１ｐが、電磁鋼板３１ｑ間に形成された隙間に挿入される。

図３Ａおよび図３Ｂは各鉄心の１つの構成例を示すものであり、鉄心の構成は図３Ａおよび図３Ｂに示された形態に限定されない。たとえば複数枚の電磁鋼板３１ｐと、複数枚の電磁鋼板３１ｑとが交互に積層されることによって鉄心１５が構成されてもよい。

次に図４および図５を用いて、スリットについて詳細に説明する。なお本発明の実施の形態の理解のために、以下に説明する図ではレグ鉄心を構成する電磁鋼板の形状を長方形で示す場合がある。

図４は、コイルおよびスリットの間の位置関係を示した図である。図４を参照して、複数の電磁鋼板の積層方向から見た場合、スリット１６は電磁鋼板３１の延在方向、すなわち電磁鋼板の圧延方向に沿って形成される。本発明の実施の形態では電磁鋼板３１に方向性鋼板が用いられるので、方向性鋼板の圧延方向とは磁化容易軸の方向である。方向性鋼板３１の圧延方向がコイル２１の巻軸方向に沿うように方向性鋼板３１が配置される。

図５は、スリットの深さを説明するための図である。図５を参照して、Ｚ方向は、図１に示したＺ軸の方向を表わしている。複数枚の電磁鋼板３１に連続的にスリット１６が形成されるので、スリット１６は、複数枚の電磁鋼板３１の積層方向（Ｚ方向）に深さｄを有する。

スリット１６の深さｄは、鉄心に生じた渦電流に起因する損失（渦電流損）を低減するための値として適切に定めることができる。スリット１６の深さｄが予め定められることによりスリット１６の形成が必要な電磁鋼板３１の枚数を定めることができる。したがってレグ鉄心１４を構成するすべての電磁鋼板３１にスリット１６を形成する必要はない。スリット１６を形成する電磁鋼板３１の枚数を限定することによって、スリットの加工費用を低減できるので、鉄心の製造コストを低減できる。

渦電流は、コイル２１によって発生した磁束が鉄心１５（特にレグ鉄心１４）を構成する電磁鋼板に進入することによって生じる。図６に示すように、鉄心１５により構成された閉磁気回路には、コイル２１によって発生した磁束ＦＬ１，ＦＬ２が流れる。２つの鉄心１５にそれぞれ流れる磁束ＦＬ１，ＦＬ２は変圧器１０の変圧作用に寄与する磁束である。一方、鉄心１５の主表面１７のうち、コイル２１の内周面２１ａと対向する領域１７ａには、コイル２１で発生した磁束ＦＬ３，ＦＬ４が進入する。領域１７ａはレグ鉄心１４の表面に対応する領域である。磁束ＦＬ３，ＦＬ４が鉄心１５（レグ鉄心１４）に進入することによって、鉄心１５（レグ鉄心１４）に渦電流が生じる。

図７Ａおよび図７Ｂは、レグ鉄心を構成する電磁鋼板にスリットが形成されていない場合に、電磁鋼板に生じる渦電流および渦電流損を説明するための図である。図７Ａは、スリットが形成されていない電磁鋼板表面の渦電流分布を示した図である。図７Ｂは、スリットが形成されていない電磁鋼板表面の損失密度を示した図である。

図７Ａを参照して、電磁鋼板３１の主表面において磁束が貫通する領域を、図６と同様に符号１７ａで示す。コイル２１からの磁束が貫通する領域１７ａでは磁束密度が高くなる。

電磁鋼板を磁束が貫通することによって渦電流が発生する。磁束分布の中心から外側に向かうほど渦電流の密度が高くなる。したがって、たとえば図７Ａ中の破線によって囲まれた位置で電流密度が高くなる。この部分では電流密度が高くなるため、図７Ｂに示されるように損失密度も高くなる。

図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の実施の形態１に係るレグ鉄心に生じる渦電流および渦電流損を説明するための模式図である。図８Ａは、本発明の実施の形態１に係る電磁鋼板表面の渦電流分布を示した図である。図８Ｂは、本発明の実施の形態１に係る電磁鋼板表面の損失密度を示した図である。

図８Ａおよび図８Ｂを参照して、コイルの内周面と対向する電磁鋼板３１にスリット１６が形成されることで渦電流が分断される。渦電流が分断されることにより渦電流の密度を低下させることができる。電流密度の低下によって損失密度を低下させることができるので、本発明の実施の形態１によれば鉄心の渦電流損を低減することが可能になる。

渦電流損を低減することによって、変圧器で消費される電力を低減することができる。この結果、変圧器の効率を向上させることができる。変圧器の効率が向上することによって、変圧器の小型化および軽量化を図ることができる。

さらに実施の形態１では、スリットは、レグ鉄心を構成する複数の電磁鋼板のうちの積層方向に連続的に並ぶ複数の電磁鋼板に形成される。これにより渦電流をより一層低減できる。よって渦電流による損失を一層低減することができる。

さらに、実施の形態１によれば、スリット１６は、電磁鋼板（方向性鋼板）の圧延方向に沿って延在するように電磁鋼板に形成される。電磁鋼板（方向性鋼板）の圧延方向とは、電磁鋼板の延在方向である。実施の形態１では、レグ鉄心を構成する複数の電磁鋼板の各々の延在方向がコイル２１の巻軸方向に沿うように、それら複数の電磁鋼板の各々が配置される。

変圧器の鉄心に用いられる薄板状の磁性体には主磁束を効率的に流す機能が要求される。このため、実施の形態１では、特定の方向（圧延方向）に磁化しやすい方向性鋼板が鉄心の磁性板として用いられる。図６に示したように、変圧作用に寄与する磁束ＦＬ１，ＦＬ２は、電磁鋼板の延在方向に沿って流れる。

スリットの延在方向によっては、変圧作用に寄与する主磁束の流れを妨げる可能性が考えられる。実施の形態１では、スリット１６の延在方向が電磁鋼板（方向性鋼板）の圧延方向と平行になるので、最も透磁率の高い方向に沿ってスリットが形成される。これにより、磁性板の本来の機能である、変圧作用に起因する磁束を流すという機能が低下することを抑制しつつ鉄心の渦電流損を効果的に低減することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、スリットの一端が磁性板の端部に達するように、磁性板にスリットが形成される。

図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の実施の形態２に係る変圧器の構造を概略的に示した図である。図９Ａは、本発明の実施の形態２に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図９Ｂは、本発明の実施の形態２に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。

図９Ａ，９Ｂおよび図１Ａ，１Ｂを参照して、変圧器１０Ａは、鉄心１５に代えて鉄心１５Ａを備える点で変圧器１０と異なる。鉄心１５Ａは、レグ鉄心１４に代えてレグ鉄心１４Ａを備える点で鉄心１５と異なる。

図１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示された鉄心を示した平面図である。図１１は、実施の形態２に係るレグ鉄心を模式的に示した平面図である。図９Ａ、図９Ｂ、図１０および図１１を参照して、スリット１６は、その一方端が磁性板（電磁鋼板３１）の延在方向に位置する磁性板の端部に達するように形成される。この点で実施の形態２は実施の形態１と異なる。なお鉄心１５Ａの他の部分の構成は、鉄心１５の対応する部分の構成と同様である。

なお、スリットは、レグ鉄心１４Ａを構成する複数の磁性板のうちコイル２１の内周面に対向する磁性板に形成される。ただし、実施の形態１と同様に、コイル２１の内周面に対向する磁性板だけでなく、当該電磁鋼板からＺ方向に連続的に並んだ複数の電磁鋼板にスリットが形成されてもよい。

スリット１６の一方端はコイル２１と重なり合うのに対し、スリットの他方端は電磁鋼板３１の端部に達する。この点において実施の形態２に係るレグ鉄心は実施の形態１に係るレグ鉄心と異なる。レグ鉄心１４Ａの他の部分は、実施の形態１に係るレグ鉄心１４の対応する部分の構成と同様である。

磁束分布の中心から外側に向かうほど渦電流の密度が高くなる。このため磁性板の延在方向に位置する磁性体の端部において渦電流の密度が高くなりやすい。スリットの一端が磁性板の端部に達するようにスリットが形成されることで、上記した磁性板の端部での渦電流を抑制できる。したがって、実施の形態２によれば、鉄心の渦電流損を抑制する効果をより高めることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、積層方向に隣接する２つの磁性板の間でスリットが重なり合わないように、それら２つの磁性板の各々にスリットが形成される。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の実施の形態３に係る変圧器の構造を概略的に示した図である。図１２Ａは、本発明の実施の形態３に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図１２Ｂは、本発明の実施の形態３に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。

図１２Ａ，１２Ｂおよび図１Ａ，図１Ｂを参照して、変圧器１０Ｂは、鉄心１５に代えて鉄心１５Ｂを備える点で変圧器１０と異なる。鉄心１５Ｂは、レグ鉄心１４に代えてレグ鉄心１４Ｂを備える点で鉄心１５と異なる。

図１３は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示された鉄心を示した平面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面を部分的に拡大して示す図である。図１３および図１４を参照して、積層方向に隣接する２つの電磁鋼板３１の間では、スリット１６の位置が互いにずれている。なお、鉄心１５Ｂの他の部分の構成は鉄心１５と同様である。

図１５は、図１２Ａおよび図１２Ｂに示した鉄心の製造方法を模式的に説明するための図である。図１５を参照して、スリットが形成された複数の電磁鋼板３１が予め準備される。電磁鋼板３１の主表面でのスリットの位置は完全に同一ではない。電磁鋼板３１を積層して鉄心を製造する際に、積層方向の下側に位置する電磁鋼板３１とスリットの位置が重ならないようにスリットが形成された電磁鋼板３１が選択され、その電磁鋼板が積み重ねられる。

一般に、渦電流の大きさは磁性板の厚みの２乗に比例する。本発明の実施の形態では、互いに絶縁された薄い磁性板を積層して鉄心を構成することにより渦電流を低減できる。本発明の実施の形態では、さらに、少なくともコイルの内周面に対向する磁性板にスリットを形成する。これにより鉄心に生じる渦電流損をより一層低減できる。

しかしながら磁性板にスリットを形成する（たとえばプレス穴あけ加工によりスリットを形成する）ことでスリットの周辺の絶縁被膜がはがれる可能性がある。積層方向に隣接する２つの電磁鋼板３１のスリットの位置が重なる場合、電磁鋼板の露出部分同士が接触することで、それら２つの電磁鋼板が導通する可能性がある。電磁鋼板が導通すると渦電流を低減する効果が小さくなる。

実施の形態３によれば、積層方向に隣接する２つの電磁鋼板３１の間でスリットが重なり合わないので、仮にスリットの周囲の絶縁被膜がはがれたとしても、それら２つの電磁鋼板３１が導通する可能性を小さくできる。したがって、実施の形態３によれば、渦電流が低減される効果をより確実に期待できる。

さらに、実施の形態３によれば、複数枚の磁性板の間でスリットの位置を完全に同一とする必要がないので、スリットの加工に関する条件（加工位置など）を広くすることができる。したがってスリットの加工が容易となるので鉄心の製造コストを低減することが可能となる。

なお、実施の形態２と同様に、実施の形態３においても、スリットの一方端が磁性板の端部に達するようにスリットが形成されていてもよい。

［実施の形態４］
実施の形態４では、変圧器は実施の形態１から３のいずれかの構成に加え、コイルと鉄心との間に挿入された電磁シールドをさらに備える。

図１６Ａおよび図１６Ｂは、本発明の実施の形態４に係る変圧器の構造を概略的に示した図である。図１６Ａは、本発明の実施の形態４に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図１６Ｂは、本発明の実施の形態４に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。

図１６Ａ，１６Ｂおよび図１Ａ，１Ｂを参照して、変圧器１０Ｃは、各々がコイル２１と２つのレグ鉄心１４との間に配置された電磁シールド１８，１９をさらに備える点で変圧器１０と異なる。具体的には、電磁シールド１８，１９の各々は、コイル２１の内周面と、その内周面に対向する磁性板との間に挿入される。

図１７は、実施の形態４による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための斜視図である。図１８は、実施の形態４による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。なお図１８は、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から電磁シールドおよびスリットを透視した状態を示す。

図１７および図１８を参照して、複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６は電磁シールド１８と重なり合わない領域に形成される。なお、電磁シールド１９の側から複数の磁性板の積層方向に沿ってシールドおよびスリットを透視した場合も同様に、スリット１６は、少なくともコイルの内周面に対向する電磁鋼板において電磁シールド１９と重なり合わない領域に形成される。

コイル２１の内周面とレグ鉄心１４との間に電磁シールド１８が挿入されることによって、鉄心での渦電流損を低減することができる。しかしコイルの内周面が曲面であるので、電磁シールド１８に覆われていない部分がレグ鉄心１４の表面に生じる。この部分にコイル２１からの磁束が進入することで渦電流が発生し、損失密度が高くなることが起こりうる。

実施の形態４では、複数の磁性板の積層方向から見て電磁シールドと重ならない領域にスリットが形成されるので、この領域において渦電流による損失を小さくすることができる。つまり実施の形態４によれば、電磁シールドおよびスリットの両方によって、鉄心で発生する渦電流を小さくすることができる。したがって鉄心での渦電流損をより一層低減できる。

なお、実施の形態２と同様に、スリットの一方端が磁性板の端部に達するようにスリットが形成されていてもよい。また、複数の磁性板の積層方向から見て電磁シールドと重ならないのであれば、実施の形態３と同様に、積層方向に隣接する２つの電磁鋼板の間でスリットが重なり合わないように、複数の電磁鋼板にスリットが形成されていてもよい。もちろん、実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせて実施の形態４に適用してもよい。

［実施の形態５］
図１９Ａおよび図１９Ｂは、本発明の実施の形態５に係る変圧器の構造を概略的に示した図である。図１９Ａは、本発明の実施の形態５に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図１９Ｂは、本発明の実施の形態５に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。図１９Ａ，１９Ｂおよび図１６Ａ，１６Ｂを参照して、変圧器１０Ｄは、スリット１６が電磁シールド１８と重なり合う領域に形成される点で変圧器１０Ｃと異なる。

図２０は、実施の形態５による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための斜視図である。図２１は、実施の形態５による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。図１８と同様に、図２１は、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から電磁シールドおよびスリットを透視した状態を示す。図２０および図２１を参照して、スリット１６は、複数の磁性板の積層方向から見て、電磁シールド１８と重なり合う領域に形成される。なお、電磁シールド１９の側から複数の磁性板の積層方向に沿ってシールドおよびスリットを透視した場合も同様に、少なくともコイルの内周面に対向する電磁鋼板において、電磁シールド１９と重なり合う領域にスリット１６が形成される。

変圧器の構造によっては、電磁シールドを薄くしなければならない可能性がある。この場合、コイル２１からの磁束が電磁シールドを貫通して鉄心に進入する可能性が考えられる。実施の形態５によれば、電磁シールドを貫通して鉄心に進入した磁束による渦電流をスリットによって低減できる。したがって実施の形態５によれば渦電流を効果的に抑制することができる。

また、実施の形態５によれば、鉄心で発生する渦電流を薄い電磁シールドによって低減できるので、電磁シールドのコストを低減できる。したがって実施の形態５によれば変圧器のコストを低減することが可能になる。

（実施の形態５の変形例）
上記の形態と実施の形態４とを組み合わせることにより、鉄心表面における電磁シールド直下の領域および電磁シールドに覆われていない領域の両方にスリットを形成してもよい。この場合には、鉄心で発生する渦電流を小さくする効果と、電磁シールドを薄くできる効果との両方を得ることができる。なお好ましくは、電磁シールドと重なり合う領域に形成されるスリットよりも電磁シールドと重なり合わない領域に形成されるスリットのほうが深くなるようにスリットが形成される。

また、上記実施の形態５およびその変形例では、実施の形態２と同様に、スリットの一方端が磁性板の端部に達するようにスリットが形成されていてもよく、実施の形態３と同様に、積層方向に隣接する２つの電磁鋼板の間でスリットが重なり合わないように、複数の電磁鋼板にスリットが形成されていてもよい。さらに、実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせて実施の形態５およびその変形例に適用してもよい。

［実施の形態６］
図２２Ａおよび図２２Ｂは、本発明の実施の形態６に係る変圧器の構造を概略的に示した図である。図２２Ａは、本発明の実施の形態６に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図２２Ｂは、本発明の実施の形態６に係る変圧器をコイルの巻軸方向から見た図である。

図２２Ａおよび図２２Ｂを参照して、変圧器１０Ｅは、低圧コイル２１Ａ，２１Ｂと、高圧コイル２１Ｃと、鉄心１５Ｅと、電磁シールド１８，１９とを備える。

実施の形態４および５に係る変圧器の場合、スリットが連続的に鉄心に形成される（たとえば図１６Ａを参照）。これに対して実施の形態６では、スリット１６Ａが、鉄心１５（レグ鉄心１４）のうちの、主として低圧コイル２１Ａと高圧コイル２１Ｃとの間の部分に形成される。同様に、スリット１６Ｂは、鉄心１５（レグ鉄心１４）のうちの、主として低圧コイル２１Ｂと高圧コイル２１Ｃとの間の部分に形成される。すなわち、スリットは鉄心に断続的に形成される。

図２３は、実施の形態６による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための斜視図である。図２４は、実施の形態６による電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。なお図２４は、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から電磁シールドおよびスリットを透視した状態を示す。図２３および図２４を参照して、複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ａ，１６Ｂは電磁シールド１８と重なり合わない領域に形成される。

図２５は、低圧コイルおよび高圧コイルからの漏れ磁束の流れを説明するための図である。なお図２５は、図２２ＡのＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った変圧器の断面を模式的に示している。図２５を参照して、外鉄型変圧器では、低圧コイル（２１Ａ，２１Ｂ）と高圧コイル（２１Ｃ）とが並列に配置される。変圧器の動作時に、高圧コイルおよび低圧コイルの各々から、鉄心１５Ｅ（レグ鉄心１４）に対して垂直方向の漏れ磁束が発生する。磁束Ｆａ１，Ｆａ２は低圧コイル２１Ａにより発生する漏れ磁束であり、磁束Ｆｂ１，Ｆｂ２は低圧コイル２１Ｂにより発生する磁束であり、磁束Ｆｃ１，Ｆｃ２は高圧コイル２１Ｃにより発生する磁束である。高圧コイルに流れる電流によって生じる、複数の磁性板の積層方向の磁束と、低圧コイルに流れる電流によって生じる、複数の磁性板の積層方向の磁束とは、互いに強めあう。複数の磁性板の積層方向とは、図２５では紙面の上下方向に対応する。

鉄心１５Ｅ（レグ鉄心１４）に対して垂直な方向の漏れ磁束によって渦電流が生じる。図２５に示されるように、高圧コイルと低圧コイルとの間の鉄心の部分（図２５において破線により示される部分３５Ａ〜３５Ｄ）では、低圧コイルからの漏れ磁束と高圧コイルからの漏れ磁束とによる渦電流が発生するため渦電流が大きくなる。したがって、高圧コイルと低圧コイルとの間の鉄心の部分において渦電流損失が特に大きくなる。

実施の形態６によれば、渦電流損失が特に大きくなる鉄心の部分、すなわち高圧コイルと低圧コイルとの間の鉄心の部分にスリット（１６Ａ，１６Ｂ）が形成される。これにより、実施の形態６によれば実施の形態１〜５と同様に、渦電流を効果的に低減できるので、渦電流損失を低減できる。したがって実施の形態６によれば、実施の形態１〜５と同様に変圧器の損失を低減することができる。

（実施の形態６の変形例）
図２６は、実施の形態６の第１の変形例に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図２７は、図２６に示された変圧器を説明するための斜視図である。図２８は、図２６および図２７に示した変圧器における電磁シールドおよびスリットの配置を説明するための平面図である。図２６〜図２８を参照して、変圧器１０Ｅは、低圧コイル２１Ａ，２１Ｂと、高圧コイル２１Ｃと、鉄心１５Ｅと、電磁シールド１８，１９とを備える。複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ａ，１６Ｂは電磁シールド１８と重なり合う領域に形成される。

図２９は、実施の形態６の第２の変形例に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図２９を参照して、変圧器１０Ｅ２は、スリット１０Ａ〜１０Ｄが形成された鉄心１５Ｅを有する。複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ａ〜１６Ｄは、高圧コイルと低圧コイルとの間の領域に形成される。具体的には、複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ａ，１６Ｂは、高圧コイルと低圧コイルとの間の領域かつ電磁シールド１８と重なり合わない領域に形成される。一方、複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ｃ，１６Ｄは、高圧コイルと低圧コイルとの間の領域かつ電磁シールド１８と重なり合う領域に形成される。

図３０は、実施の形態６の第３の変形例に係る変圧器を、鉄心を構成する複数の磁性板の積層方向から見た図である。図３０を参照して、変圧器１０Ｅ３は、電磁シールド１８を有していない点において、上記の変圧器１０Ｅ，１０Ｅ１，１０Ｅ２の各々と異なる。なお、複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ａ，１６Ｂは、高圧コイルと低圧コイルとの間の領域に形成される。

図３１は、実施の形態６の第４の変形例におけるスリットの配置を説明するための図である。図３１を参照して、変圧器１０Ｅ４は、スリット１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｅ，１６Ｆが形成された鉄心１５Ｅ（レグ鉄心１４）を有する。スリット１６Ａ，１６Ｂは、高圧コイルと低圧コイルとの間の領域に形成される。スリット１６Ｅ，１６Ｆは、レグ鉄心１４の両端にそれぞれ形成される。複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ｅの一部が低圧コイル２１Ａと重なる。同様に、複数の磁性板の積層方向から見て、スリット１６Ｆの一部が低圧コイル２１Ｂと重なる。

図２５に示されるように、レグ鉄心１４の端部に対応する鉄心１５Ｅの部分３５Ｅ〜３５Ｈでは、低圧コイルによって発生した漏れ磁束（Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆｂ１，Ｆｂ２）の向きが鉄心１５Ｅ（レグ鉄心１４）の表面に垂直となる。このため、鉄心１５Ｅの部分３５Ｅ〜３５Ｈにおいて渦電流が発生すると考えられる。図３１に示された構成によれば、鉄心１５Ｅの部分３５Ｅ〜３５Ｈにスリットが形成されるので、低圧コイル２１Ａ，２１Ｂからの漏れ磁束によって発生する渦電流をさらに低減することができる。

なお、図３１に示された構成から電磁シールド１８を省略することもできる。また、スリット１６Ｅ，１６Ｆは、図２６に示された鉄心あるいは図２９に示された鉄心に付加的に形成されてもよい。

［実施の形態７］
実施の形態１から６では、本発明が適用可能な変圧器として外鉄型の変圧器を示した。しかしながら本発明は外鉄型の変圧器に限定されず、内鉄型の変圧器にも適用できる。

図３２は、内鉄型の変圧器の構成を概略的に説明するための図である。図３２を参照して、変圧器５０は、鉄心５１，５２，５３を含む鉄心と、鉄心５１，５２，５３にそれぞれ巻き回されたコイル６１，６２，６３とを含む。図３２中のＹ方向は各コイル６１，６２，６３の巻軸の方向を示す。

上記の鉄心５１〜５３のうちの１つの鉄心およびその鉄心に巻回されたコイルは、三相交流の各相に対応して設けられる。鉄心５１〜５３の構造は互いに同じであるので、以下では鉄心５１の構造を代表的に説明する。

図３３は、図３２中の鉄心５１の構造を説明するための図である。図３３を参照して、鉄心５１は積層された複数の磁性板（電磁鋼板３１Ａ）により構成される。図中のＺ方向は電磁鋼板３１Ａの積層方向を示す。なお、図３３では、紙面を貫く方向が図３２に示したＹ方向に対応する。

複数の磁性板のうち少なくとも、コイル６１の内周面６１ａと対向する磁性板にスリット１６Ａが形成される。コイル６１の内周面６１ａと対向する磁性板だけでなく、その磁性板に連続的に並ぶ磁性板にもスリット１６が形成されてもよい。

コイル６１から鉄心５１に進入する漏れ磁束によって鉄心５１に渦電流が生じた場合にも、スリット１６Ａによって、その渦電流を小さくすることができる。したがって実施の形態７によれば、内鉄型の変圧器において鉄心の渦電流損を低減することが可能となる。

なお、実施の形態７について、実施の形態２と同様に、スリットの一端が磁性板の端部に達していてもよく、実施の形態３と同様に、複数の磁性板の間でスリットの位置を異ならせてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ〜１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｅ１〜１０Ｅ４，５０ 変圧器、１１，１２ ヨーク鉄心、１３，１４，１４Ａ，１４Ｂ レグ鉄心、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｅ，５１〜５３ 鉄心、１６，１６Ａ〜１６Ｆ スリット、１７ 主表面、１７ａ 領域、１８，１９ 電磁シールド、２１，６１〜６３ コイル、２１ａ，６１ａ 内周面、３１，３１Ａ，３１ｐ，３１ｑ 電磁鋼板、３２ 絶縁被膜、３５Ａ〜３５Ｈ 部分（鉄心）、Ｂ 矢印、ＦＬ１〜ＦＬ４，Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆｂ１，Ｆｂ２，Ｆｃ１，Ｆｃ２ 磁束。

Claims (2)

1. 一方向に積層された複数の磁性板を含む鉄心と、
   その巻き軸が前記複数の磁性板の積層方向に直交するように、前記鉄心に巻回されたコイルと、
   前記コイルの内周面と、前記コイルの前記内周面に対向する磁性板との間に挿入された電磁シールドとを備え、
   前記複数の磁性板の前記積層方向から見て、スリットは、前記コイルの前記内周面に対向する磁性板の表面のうちの前記電磁シールドと重なりあう領域に形成される、変圧器。
2. 前記コイルは、前記複数の磁性板の前記積層方向と直交する方向に沿って配置された第１のコイルと第２のコイルとを含み、
   前記第１のコイルに流れる電流により生じる、前記複数の磁性板の前記積層方向の磁束と、前記第２のコイルに流れる電流により生じる、前記複数の磁性板の前記積層方向の磁束とが、互いに強めあうように、前記第１および第２のコイルは構成され、
   前記複数の磁性板の前記積層方向から見て、前記スリットは、少なくとも前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の領域に形成される、請求項１に記載の変圧器。

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