静态感应设备用层叠铁芯

摘要

在本发明的实施方式涉及的静态感应设备用层叠铁芯(1、21)中，轭铁部(2、3、12、22、23)和腿部(4、5、6、11、24、25、26)被接合的接合面交替地具有由多片磁性材料(7)形成的凸部(8、13)和由多片的磁性材料形成的凹部(9、14)，轭铁部和腿部以凸部和凹部互相啮合的形态对接而构成，并且在这些凸部和凹部之间的对接接合部分，沿着其对接线以弯折成波纹状的形态配置片状的磁绝缘物(10、15)来设置气隙，形成凸部的磁性材料的层叠片数与形成凹部的磁性材料的层叠片数的关系为，与磁绝缘物的厚度对应地，形成凸部的磁性材料的层叠片数比形成凹部的磁性材料的层叠片数少。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是基于2018年11月1日提出的日本专利申请号为2018-206549号的申请，在此引用其记载内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及静态感应设备用层叠铁芯。

背景技术

在例如变压器这样的静态感应设备的铁芯中，已知有层叠了多片硅钢板等磁性材料而构成的层叠铁芯(例如参照专利文献1)。在该层叠铁芯中，在上下轭铁部与连接它们的腿部的对接接合部分，一边使磁性材料交替地错开一边进行层叠。而且，在将轭铁部与腿部接合的接缝部分配置非磁性的片构件。由此，在层叠铁芯的接缝部分确保与片构件的厚度相当的气隙，使剩余磁通密度降低来谋求抑制励磁涌流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-287756号公报。

发明内容

然而，在如上述那样的层叠铁芯的气隙部分设置非磁性片构件的结构的情况下，片构件的厚度尺寸相当于气隙尺寸，通过调整该气隙尺寸，能够抑制磁特性。但是，在上述专利文献1的结构中，在被层叠的磁性材料的板面彼此重叠的部分也配置片构件，导致形成与片构件的厚度尺寸相当的间隙。因此，存在如下问题，即：磁性材料彼此之间产生无用的间隙，从而导致层叠铁芯在层叠方向上的大型化。特别是在片构件的厚度尺寸变大的情况下导致间隙变大。

因此，提供一种层叠磁性材料而构成的静态感应设备用层叠铁芯，能够设置用于控制磁特性的适当的气隙而不会导致层叠方向上的大型化。

实施方式涉及的静态感应设备用层叠铁芯具有层叠多片板状的磁性材料而构成的上下的轭铁部，并且具有将所述上下的轭铁部的两端部进行上下连接的至少两条腿部，所述腿部是层叠多片板状的磁性材料而构成的，所述静态感应设备用层叠铁芯通过将这些轭铁部和腿部进行对接接合而构成，将所述轭铁部和腿部被接合的接合面交替地具有由多片磁性材料形成的凸部和由多片磁性材料形成的凹部，所述轭铁部和腿部以所述凸部与凹部互相啮合的形态对接而构成，并且在这些凸部和凹部之间的对接接合部分，沿着其对接线以弯折成波纹状的形态配置片状的磁绝缘物来设置气隙，形成所述凸部的磁性材料的层叠片数与形成所述凹部的磁性材料的层叠片数的关系为，与所述磁绝缘物的厚度对应地，形成所述凸部的磁性材料的层叠片数比形成所述凹部的磁性材料的层叠片数少。

附图说明

图1是概要地示出第一实施方式涉及的层叠铁芯的整体结构的主视图。

图2是第一实施方式涉及的层叠铁芯的下半部分的分解状态的主视图。

图3是第一实施方式涉及的轭铁部与腿部的接合部的放大剖视图。

图4是示出第一实施方式涉及的在接合面安装绝缘物的情况的分解立体图。

图5是第二实施方式涉及的轭铁部与腿部的接合部的放大剖视图。

图6是概要地示出第三实施方式涉及的层叠铁芯的整体结构的主视图。

具体实施方式

(1)第一实施方式

以下，一边参照图1至图4，一边说明应用于作为静态感应设备的三相用变压器的第一实施方式。图1示出了本实施方式涉及的变压器用的层叠铁芯1的整体结构。该层叠铁芯1具有在图中的左右方向上延伸的上部轭铁部2、下部轭铁部3、和在上下方向上延伸并将这些轭铁部2、3之间上下连接的第一腿部4、第二腿部5、第三腿部6这三个腿部。在各腿部4、5、6安装未图示的绕组。另外，在以下的说明中指明方向的情况下，以图1的状态作为主视图来说明。

构成层叠铁芯1的轭铁部2、3和各腿部4、5、6分别通过在图中的前后方向上层叠多片作为板状的磁性材料的例如硅钢板7(参照图3)而构成。而且，通过将这些轭铁部2、3和各腿部4、5、6对接接合来构成层叠铁芯1的整体。另外，在本实施方式中，如图3所示，将一片硅钢板7的厚度设为尺寸t。举出具体例子来说，厚度的尺寸t设为例如0.2～0.3mm。

此时，在本实施方式的层叠铁芯1中，将对接部分中的轭铁部2、3的左右的两端部与第一腿部4、第三腿部6的上下端部进行接合的上下左右四个角部形成为倾斜约45度契入的所谓的镜框状的对接形态。此外，轭铁部2、3的中央部与第二腿部5的上下两端部的接合是使第二腿部5的上下部成为V字形的凸部的凹凸对接形态、即所谓的搭接方式的接合方式。

如图3和图4中局部示出的那样，所述轭铁部2、3与第一腿部4、第二腿部5、第三腿部6的对接部分中，双方的接合面是在硅钢板7的层叠方向上交替地具有凸部8和凹部9的形态。而且，轭铁部2、3与腿部4、5、6在合计为八处的接合部分被接合。在该情况下，在第二腿部5的一侧的V字状部分计为两处。如图3所示，在八处的接合部分中，采用了凸部8和凹部9被对接接合成互相啮合的形态、所谓的搭接方式的接合方式。

更具体来说，在本实施方式中，如图3所示，形成有由层叠片数为n片、例如两片的硅钢板7构成的凸部8。此外，形成有由层叠片数为m片、例如4片的硅钢板7构成的凹部9。在该情况下，各轭铁部2、3和腿部4、5、6分别通过将预先裁剪为规定尺寸的多片硅钢板7以规定的顺序定位并且层叠，从而在接合部交替地形成有多组凸部8和凹部9。

例如，针对一个腿部4来看，在上下两端部设置接合部，在此，在层叠方向上在两端部的相同位置配置有凸部8。也可以在上下两端部在层叠方向上以相反的顺序形成有凸部8、凹部9。当然，要接合的对象的轭铁部2、3的接合部的凸部8和凹部9被设置成与其对应的关系即凹凸啮合的关系。此时，在本实施方式中，准备两端部均为凸部8的硅钢板7、两端部均为凹部9的硅钢板7、一端为凸部8而另一端为凹部9的硅钢板7的最多三种长度的硅钢板7即可。在层叠方向上在两端部以相反的顺序形成凸部8、凹部9的情况下，能够使用一端为凸部8而另一端为凹部9的硅钢板7、和两端部均为凹部9的硅钢板7这两种长度的硅钢板7。

那么，在本实施方式中，如图3、图4所示，在轭铁部2、3与腿部4、5、6之间，对接线形成为弯折成波纹状并且在层叠方向上延伸的形态、即弯折成直角并且如同凹凸依次连续地重复的形状。在图3中，以第一腿部4和下部轭铁部3的接合部为代表来示出。而且，通过沿着其对接线配置弯折成波纹状的片状的磁绝缘物10来设置气隙。磁绝缘物10由例如芳纶纸等绝缘纸构成，具有与例如硅钢板7的厚度尺寸t同等的厚度尺寸g。由此，设置与磁绝缘物10的厚度尺寸g对应的气隙。

因此，气隙形成为在凸部8的顶端面与凹部9的底面之间、凸部8的侧面与凹部9的内侧面之间弯折成直角、并且如同凸凹呈“コ”字状依次连续地重复的形状。在该情况下，如图4所示，磁绝缘物10构成为预先将一片薄片成型为弯折成波纹状的形态，以覆盖凸部8和凹部9的方式嵌合至例如腿部4、5、6的对接面。然后，将轭铁部2、3与腿部4、5、6结合。

此时，在本实施方式中，形成上述凸部8的硅钢板7的层叠片数n与形成凹部9的硅钢板7的层叠片数m的关系为m＝(n+2k)。k是表示所述磁绝缘物10的厚度尺寸g与一片硅钢板7的厚度尺寸t之间的关系的值。即，k是表示磁绝缘部10的厚度尺寸g为与硅钢板7的几片(k片)量相当的值，k由自然数构成。在本实施方式中，k＝1。因此，m＝(n+2)片，如果n为两片，则m为4片。像这样，形成凸部8的硅钢板7的层叠片数比形成凹部9的硅钢板7的层叠片数少。由此，在凸部8与凹部9之间大致紧密地配置磁绝缘物10。

接下来，简单地叙述上述结构的层叠铁芯1的组装步骤。构成层叠铁芯1的上部轭铁部2、下部轭铁部3、以及3条腿部4、5、6分别由以下方式得到，即，层叠预先裁剪成所需形状的多片硅钢板7，并通过例如粘接进行固定而一体化。此时，腿部4、5、6的各接合面成为在层叠方向上交替地具有凸部8和凹部9的形态。轭铁部2、3的各接合面以与这些凸部8及凹部9对应的形态、即互相啮合的形态形成有凹部9及凸部8。

而且，如图4所示，在例如腿部4、5、6的各接合面，与凸部8和凹部9匹配地嵌合配置预先成型为波纹状的磁绝缘物10。接下来，如图2所示，在下部轭铁部3的上部的接合部，以凸部8与凹部9互相啮合的方式分别将腿部4、5、6的接合面进行对接接合。然后，向各腿部4、5、6分别安装未图示的绕组，之后，同样以凸部8与凹部9互相啮合的方式将上部轭铁部2进行对接接合。此时的接合能够采用例如使用夹紧(clamp)构件或者紧固构件的公知的方法。

由此，如图3所示，在轭铁部2、3与腿部4、5、6的接合部分，在层叠方向上交替地设置的凸部8和凹部9以互相啮合的形态，通过所谓的搭接方式被对接接合。在其接合部分，对接线形成为弯折成波纹状并且在层叠方向上延伸的形态，通过沿着该对接线配置片状的磁绝缘物10，由此在接合部设置气隙。只要将预先成型为波纹状的磁绝缘物10组装到接合面即可，当然易于进行磁绝缘物10的组装。另外，也可以将磁绝缘物10事先嵌合配置在轭铁部2、3侧，与腿部4、5、6侧进行对接接合。

根据这样的本实施方式的层叠铁芯1，能够得到如下的作用效果。即，在上述结构的层叠铁芯1中，在层叠硅钢板7而构成的轭铁部2、3和腿部4、5、6之间配置磁绝缘物10来设置有气隙。此时，形成凸部8的硅钢板7的层叠片数与形成凹部9的硅钢板7的层叠片数的关系如下。即，与磁绝缘物10的厚度尺寸g对应地，形成凸部8的硅钢板7的层叠片数比形成凹部9的硅钢板7的层叠片数少。

具体而言，在本实施方式中，如图3所示，磁绝缘物10的厚度尺寸g与一片(k＝1)硅钢板7的厚度尺寸t相对应。与此相对，由n片(在该情况下为两片)的硅钢板7形成了凸部8，由(n+2)片(在该情况下为四片)的硅钢板7形成了凹部9。由此，在凸部8与凹部9之间形成沿着对接线紧密地配置片状的磁绝缘物10的空间，磁绝缘物10以弯折成波纹状的形态配置在该空间内来设置气隙。

通过该结构，即使在贴紧地层叠了硅钢板7的状态下，也不会在层叠方向上形成多余的间隙，能够抑制层叠铁芯1的各部件变大。其结果是，根据本实施方式，是层叠硅钢板7而构成的，并且在凸部8与凹部9的啮合状态下被接合，能够得到能够设置用于控制磁特性的适当的气隙而不会导致层叠方向上的大型化的优异的效果。

此外，特别是在本实施方式中，由于轭铁部2、3与腿部4、5、6的接合部分构成为以倾斜状态对接，从而成为镜框状的接合，因此能够使接合面的面积进一步增大，进而能够增大磁路面积来减小磁阻。另外，作为变压器，能够应用于例如数据中心等所使用的电力电子用变压器，能够实现省空间化、高效化、以及可靠性的提高。

(2)第二实施方式

图5是示出第二实施方式的图，示出了例如左侧的腿部11与下部轭铁部12的接合部的结构。该第二实施方式与上述第一实施方式的不同之处在于配置在凸部13与凹部14之间的片状的磁绝缘物15的厚度尺寸g、即气隙的尺寸。

即，在本实施方式中，磁绝缘物15的厚度尺寸g与作为磁性材料的一片硅钢板7的厚度尺寸t的两倍(k＝2)相对应。与此同时，凸部13由n片(在该情况下为三片)的硅钢板7形成，凹部14由(n+2k)片(在该情况下为七片)的硅钢板7形成。由此，在凸部13与凹部14之间形成沿着对接线紧密地配置片状的磁绝缘物15的宽度尺寸为2t(＝g)的空间，磁绝缘物15以弯折成波纹状的形态配置在该空间内来设置气隙。

因此，在该第二实施方式中，也与上述第一实施方式同样地，是层叠硅钢板7而构成的，并且在凸部13与凹部14啮合状态下被接合，能够得到能够设置用于控制磁特性的适当的气隙而不会导致层叠方向上的大型化的优异的效果。

而且，像这样，能够使磁绝缘物15的厚度尺寸g、即气隙的尺寸成为与作为板状的磁性材料的一片硅钢板7的厚度尺寸t的整数倍对应的尺寸。由此，当然能够设置与一片硅钢板7的厚度尺寸对应的气隙，也能够采用厚度大的、即一片硅钢板7的厚度尺寸的整数倍的厚度尺寸的磁绝缘物15来调整气隙的大小。其结果是，能够根据需求控制(control)励磁电流的大小。

(3)第三实施方式、其他实施方式

图6是示出第三实施方式的图，概要地示出了层叠铁芯21的整体结构。该层叠铁芯21同样具有上部轭铁部22、下部轭铁部23、将这些轭铁部22、23上下连接的三个腿部24、25、26。这些轭铁部22、23和各腿部24、25、26分别在图的前后方向上层叠多片作为板状的磁性材料的例如硅钢板7而构成。

此时，在本实施方式的层叠铁芯21中，在对接部分中的轭铁部22、23的左右的两端部，形成为呈L字形被契入的形态，接合第一腿部24、第三腿部26的上下端部。在第一腿部24、第三腿部26的上下端部，要与轭铁部22、23接合的形成L字形的两个面分别成为接合面。另一方面，在轭铁部22、23的中央部，形成为呈“コ”字形被契入的形态，接合第二腿部25的上下端部。在第二腿部25的上下两端部，要与轭铁部22、23接合的形成“コ”字形的三个面成为接合面。

虽然没有详细地图示，但是在这些轭铁部22、23与腿部24、25、26的对接部分，两者的接合面是在硅钢板7的层叠方向上交替地具有凸部8和凹部9的形态。轭铁部22、23与腿部24、25、26被对接接合为凸部8与凹部9互相啮合的形态。虽然省略了图示，但在这种情况下，也与上述第一实施方式等同样地，通过沿着凸部8与凹部9互相啮合的对接线配置弯折成波纹状的片状的磁绝缘物10来设置气隙。

而且，形成凸部8的硅钢板7的层叠片数n和形成凹部9的硅钢板7的层叠片数m的关系为，与磁绝缘物10的厚度对应地，凸部8的层叠片数n比凹部9的层叠片数m少2k片。因此，根据该第三实施方式，也是层叠硅钢板7而构成的，并且在凸部8与凹部9的啮合状态下被接合，能够得到能够设置用于控制磁特性的适当的气隙而不会导致在层叠方向上的大型化的优异效果。

另外，不限于上述的各实施方式，例如，关于磁性材料的层叠片数n、m的值、k的值也能够进行各种变更。此外，作为静态感应设备，不限于三相变压器，也可以是三相以外的例如单相变压器，还能够应用于电抗器(reactor)。

以上说明的几个实施方式是作为例子而提出的，不意图限定发明的范围。这些新实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形均包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等同的范围内。