專利名稱：圓筒狀鐵心、靜止感應(yīng)設(shè)備及感應(yīng)發(fā)熱滾筒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓形鐵心(圓筒狀鐵心)，用于變壓器或電抗器等靜止感應(yīng)設(shè)備 及感應(yīng)發(fā)熱滾筒裝置等感應(yīng)加熱設(shè)備。
背景技術(shù)：
在變壓器或電抗器等靜止感應(yīng)設(shè)備中，作為磁路的鐵心的損失，成為設(shè)備效率降 低及發(fā)熱的原因，其降低成為一大問題。尤其，由泄漏磁通所造成的鐵心渦電流損失占有巨 大的比率，此渦電流將造成鐵心發(fā)熱，而降低設(shè)備的效率。又，成為導(dǎo)致繞設(shè)于其上的感應(yīng) 線圈的效率降低、絕緣降低的主要原因。另，已知，渦電流的大小與磁通垂直進(jìn)入的磁性鋼 板的寬度或板厚的平方成比例增加。在此靜止感應(yīng)設(shè)備中，為了縮短繞設(shè)于鐵心的線圈導(dǎo)線長度等理由，有將鐵心定 為圓柱狀的情況。此時(shí)，就靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心而言，有迭層不同寬度尺寸的平坦磁性鋼 板并構(gòu)成圓柱狀的積鐵心(參考專利文獻(xiàn)1)、迭層平坦磁性鋼板且將其卷起并構(gòu)成圓柱狀 的卷鐵心(參考專利文獻(xiàn)2)、放射狀迭層平坦磁性鋼板并構(gòu)成圓柱狀的放射狀鐵心(參考 專利文獻(xiàn)3)。另，在這些鐵心中，為了設(shè)定恰當(dāng)?shù)拇磐芏取⒌玫狡谕碾娍?，有時(shí)會在鐵心 間設(shè)置磁間隙(參考專利文獻(xiàn)2)。但是，在如專利文獻(xiàn)1所示的積鐵心中，為了近似正圓，必須增加不同寬度尺寸的 磁性鋼板種類，故將有制造成本變高、組裝作業(yè)變繁雜等問題。又，設(shè)有磁間隙的情況，在該 間隙附近的鐵心中，貫穿徑向并向外部放出的泄漏磁通增大，將產(chǎn)生由此泄漏磁通所造成 的渦電流，將有鐵心發(fā)熱的問題。又，在專利文獻(xiàn)2所示的卷鐵心中，其構(gòu)造為設(shè)于最外周的鋼板的整個(gè)平面部露 出，泄漏磁通的貫穿所產(chǎn)生的渦電流最大值巨大，將有鐵損增加的問題。又，在設(shè)有磁間隙 的情況下，此問題將變得顯著。再者，在如專利文獻(xiàn)3所示的放射狀鐵心中，雖然，泄漏磁通所通過的是鋼板的端 面，故能降低渦電流、能降低鐵心的發(fā)熱量，但沿著固定圓周放射狀排列小寬度磁性鋼板的 作業(yè)極為麻煩。又，即使將各磁性鋼板的內(nèi)側(cè)端緊密排列，但在相鄰接的磁性鋼板的外側(cè)端 之間，也將形成空隙。因此，為了提高鐵心的占積率，必須有在該空隙夾入其它小寬度磁性 鋼板等、填塞其空隙等的作業(yè)。所以，本案申請人思考出圓筒狀鐵心，雖非用于靜止感應(yīng)設(shè)備，但作為用于稱為感 應(yīng)發(fā)熱滾筒裝置的感應(yīng)發(fā)熱設(shè)備的鐵心，如專利文獻(xiàn)4所示，通過將小寬度磁性鋼板在寬 度方向錯開堆棧而形成，所述小寬度磁性鋼板具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部。借 此，能降低由泄漏磁通貫穿磁性鋼板所產(chǎn)生的渦電流，并能降低鐵心的發(fā)熱量。因?yàn)榇藞A筒狀鐵心重迭小寬度磁性鋼板，故有作為磁路的有效截面積較小的問 題，若從提高占積率的觀點(diǎn)而言，可考慮單純將磁性鋼板的寬度尺寸增加。但是，若單純將 寬度尺寸增加，則因外徑變大而有用途將受限制的問題。又，雖為了縮小外徑，也考慮磁性 鋼板以朝徑向盡可能的傾斜的方式設(shè)置，但如此一來，則有磁性鋼板向外部露出的平面部分面積將變大，而無法防止渦電流產(chǎn)生的問題。專利文獻(xiàn)1 日本實(shí)開昭62-30317號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2001-237124號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平5-109546號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2000-311777號公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開平9-232165號公報(bào)專利文獻(xiàn)6 日本注冊實(shí)用新型2532986號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題在此，本發(fā)明為了一舉解決上述問題而做成，通過提高占積率與降低渦電流，以盡 可能地抑制鐵損等鐵心磁性質(zhì)的下降作為主要期待問題。解決技術(shù)問題的手段也即，有關(guān)本發(fā)明的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其特征在于，該靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心通 過將多個(gè)圓筒狀鐵心要素迭層為同心圓狀而形成，所述圓筒狀鐵心要素通過將多個(gè)磁性鋼 板在寬度方向錯開堆棧而形成，所述磁性鋼板具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部。就具體實(shí)施態(tài)樣而言，前述圓筒狀鐵心要素，希望向圓直徑的徑向以固定曲率彎 曲，且由對于前述徑向定為小于等于直徑的1/4寬度的多個(gè)磁性鋼板重迭形成。如此一來， 因?qū)⒋判凿摪鍖τ趶较蚨樾∮诘扔谥睆降?/4寬度，而在徑向漸次迭層圓筒狀鐵心要素 并構(gòu)成為同心圓狀，故能通過彎曲的磁性鋼板簡單制作大截面積的圓形鐵心。如此依據(jù)本發(fā)明，則鐵心塊是在同心圓上迭層多個(gè)圓筒狀鐵心要素而形成的結(jié) 構(gòu)，能在圓形鐵心的剖面全區(qū)內(nèi)減小間隙而提高占積率，并能降低鐵損。又，有關(guān)本發(fā)明的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其構(gòu)成包含多個(gè)鐵心塊，該鐵心塊通過 將多個(gè)圓筒狀鐵心要素迭層為同心圓狀而形成，所述圓筒狀鐵心要素通過將具有寬度方向 剖面呈彎曲形狀的彎曲部的多個(gè)磁性鋼板在寬度方向錯開堆棧而形成；磁間隙，該磁間隙 設(shè)于所述鐵心塊之間，并依據(jù)利用方法而增加其效果。如此一來，能通過間隙構(gòu)件增減磁路 中的磁阻而得到期望的電抗，除此之外，在磁阻增大的情況下，雖然貫穿徑向的泄漏磁通的 磁通量增加，但此泄漏磁通為沿著等價(jià)地設(shè)置為大致放射狀的磁性鋼板的寬度方向通過， 故能降低渦電流。再者，通過在錯開堆棧磁性鋼板而形成的鐵心塊之間形成磁間隙的構(gòu)造， 能實(shí)現(xiàn)制造的簡單化及制造成本的削減。又，為了使磁間隙的形成變得簡單，并使靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心的組裝變得更加簡 單，希望前述磁間隙通過在前述鐵心塊之間夾入由非磁性體構(gòu)成的間隙構(gòu)件而形成。為使最大渦電流值盡可能的變小，希望構(gòu)成設(shè)于前述鐵心塊的徑向最外側(cè)的圓筒 狀鐵心要素的磁性鋼板在迭層側(cè)側(cè)面的外部露出部的寬度方向長度，小于等于前述磁性鋼 板的板厚。為使外部露出部的寬度方向長度s小于等于前述磁性鋼板的板厚t，就其具體的 實(shí)施態(tài)樣而言，設(shè)于前述鐵心塊的徑向最外側(cè)的圓筒狀鐵心要素的內(nèi)徑ΦΑ、外徑ΦΒ及前 述磁性鋼板的板厚t為tcos α -0Asin θ ‘ - (0A+tsin α -Oacos θ ‘ ) tan ( θ ' -α ) = 0......(算式1)(在此，α為磁性鋼板相對于圓筒狀鐵心要素的內(nèi)側(cè)圓的徑向傾斜角度，θ，為相 鄰接的磁性鋼板的徑向最內(nèi)端的角與圓心之間形成的圓心角。另，三角函數(shù)的單位為弧度 (rad)) ο 其中，當(dāng)前述圓心角θ ’等于前述磁性鋼板的傾斜角度為零情況下的圓心角θ ^時(shí)，將 此時(shí)的磁性鋼板的傾斜角度α定為θχ，且在磁性鋼板的傾斜角度α小于等于θ χ的情況，則tan-1 ——
{φα)在磁性鋼板的傾斜角度α大于θ χ的情況下，則使用滿足前述(算式1)的圓心 角θ，并成為
Φβ<λ/2——./ 、tan-i JEhZ
Iv 2 J的關(guān)系。發(fā)明的效果如此依據(jù)本發(fā)明，通過提高占積率及降低渦電流，得以盡可能地抑制鐵損等鐵心 磁性質(zhì)的下降。


圖1是有關(guān)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心的立體圖。圖2是該實(shí)施形態(tài)的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心的俯視圖。圖3是顯示該實(shí)施形態(tài)的磁性鋼板的剖面圖。圖4是顯示外部露出部及磁性鋼板的板厚關(guān)系的圖。圖5是顯示磁性鋼板的寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部的放大模式圖(θ 21a = 0)。圖6是顯示外部露出部的寬度方向長度及磁性鋼板的板厚定為相同的情況下的 外側(cè)角a-c的距離的圖。圖7是顯示磁性鋼板的寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部的放大模式圖(0 < θ 21a)。圖8是顯示仿真結(jié)果的圖。圖9是顯示仿真結(jié)果的圖。圖10是用于說明角度θ χ的推導(dǎo)的圖。圖11是顯示磁性鋼板的變形例的剖面圖。圖12是使用第2實(shí)施形態(tài)的圓筒狀鐵心的感應(yīng)發(fā)熱滾筒裝置的構(gòu)成示意圖。圖13是該實(shí)施形態(tài)的圓筒狀鐵心的剖面圖。圖14是顯示該實(shí)施形態(tài)的磁性鋼板的剖面圖。圖15是顯示外部露出部及磁性鋼板的板厚關(guān)系的圖。圖16是使用第2實(shí)施形態(tài)的圓筒狀鐵心的電抗器的構(gòu)成示意圖。
圖17是懸臂式感應(yīng)發(fā)熱滾筒裝置的構(gòu)成示意圖。圖18是顯示以往的積鐵心的構(gòu)成的剖面圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài))<第1實(shí)施形態(tài)>接著，參考

有關(guān)本發(fā)明的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1的一實(shí)施形態(tài)。另，圖1 是顯示本實(shí)施形態(tài)的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1的構(gòu)成概略的立體圖，圖2是靜止感應(yīng)設(shè)備鐵 心1的俯視圖。有關(guān)本實(shí)施形態(tài)的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1，是例如用于電抗器或變壓器的圓形鐵 心，如圖1所示，包含多個(gè)鐵心塊2、設(shè)于這些鐵心塊2間的磁間隙3。鐵心塊2，如圖2所示，是將多個(gè)(在本實(shí)施形態(tài)中為三個(gè))圓筒狀鐵心要素2A、 2B、2C在徑向迭層為同心圓狀而形成的。在徑向，相鄰接的圓筒狀鐵心要素2A、2B、2C設(shè)為 相接觸。也即，作為相鄰接的圓筒狀鐵心要素2A、2B、2C，其中之一的外徑與相鄰接的另一圓 筒狀鐵心要素2A、2B、2C的內(nèi)徑，約為相同。具體來說，三個(gè)圓筒狀鐵心要素2A、2B、2C中，設(shè) 于內(nèi)徑側(cè)的鐵心要素定為第1鐵心要素2A，設(shè)于中間的鐵心要素定為第2鐵心要素2B，且 設(shè)于外徑側(cè)的鐵心要素定為第3鐵心要素2C時(shí)，例如，第1鐵心要素2A的外徑與第2鐵心 要素2B的內(nèi)徑約為相同。另，各圓筒狀鐵心要素2A、2B、2C間設(shè)有絕緣層(圖中未顯示)。圓筒狀鐵心要素2A、2B、2C，如圖2所示，是通過將多個(gè)磁性鋼板21在寬度方向錯 開堆棧而形成為圓筒狀的結(jié)構(gòu)。磁性鋼板21呈長條形狀，如圖3所示，具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部 211。此磁性鋼板21通過例如在表面施以絕緣皮膜的硅鋼板形成，其板厚例如約為0. 3mm。彎曲部211，考慮為在全體范圍以固定的曲率彎曲的結(jié)構(gòu)，或是在連續(xù)的曲率變化 下彎曲的結(jié)構(gòu)，例如可考慮使用一部分漸開線的漸開形狀、部分圓弧形狀或部分橢圓形狀寸。并且，在通過磁性鋼板21的彎曲部211形成的凹部中，嵌入通過其它磁性鋼板21 的彎曲部211形成的凸部、并且使各磁性鋼板21在寬度方向錯開，迭合多片呈相同形狀的 磁性鋼板21。此時(shí)，磁性鋼板21的寬度方向端部21a、21b與相鄰接的磁性鋼板21的凹側(cè) 側(cè)面或凸側(cè)側(cè)面接觸。如此一來，形成呈圓筒形狀的圓筒狀鐵心要素2A、2B、2C。磁間隙3，通過將由非磁性體構(gòu)成的間隙構(gòu)件、以使得鐵心塊2約成為同軸的方式 夾入到鐵心塊2之間而形成。間隙構(gòu)件由鋁、陶瓷、玻璃等非磁性體形成，可為平板狀，也可 為柱狀。在本實(shí)施形態(tài)中，呈與前述鐵心塊2在上方視點(diǎn)的形狀約為相同形狀的圓環(huán)狀。其次，說明本實(shí)施形態(tài)的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1的制造方法。準(zhǔn)備具有規(guī)定外徑的圓柱構(gòu)件或圓筒構(gòu)件(以下稱為圓柱構(gòu)件等)，且使磁性鋼 板21的寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部21a與該圓柱構(gòu)件的外側(cè)周面抵接，同時(shí)沿著外側(cè)周面逐次重 迭而形成第1鐵心要素2A。然后，將此第1鐵心要素2A矯直退火處理后，利用清漆或絕緣 物等施以固定及絕緣處理。其次，使磁性鋼板21的寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部21a與施以固定及 絕緣處理的第1鐵心要素2A的外側(cè)周面抵接，同時(shí)沿著第1鐵心要素2A的外側(cè)周面逐次 重迭并形成第2鐵心要素2B。在維持此形狀的狀況下，從第2鐵心要素2B拔出第1鐵心要素2A及圓柱構(gòu)件等，并將第2鐵心要素2B矯直退火處理后，再度將第1鐵心要素2A插 入第2鐵心要素2B內(nèi)，且沿著第1鐵心要素2A的外側(cè)周面迭層第2鐵心要素2B。然后， 利用清漆或絕緣物等施以固定及絕緣處理，借此形成利用第1鐵心要素2A及第2鐵心要素 2B所成的雙層鐵心。再者，在多層形成的情況下，則能通過在第2鐵心要素2B的外側(cè)周面 上反復(fù)施行上述步驟，形成任意層數(shù)的鐵心塊2。在如此形成的鐵心塊2間，隔著間隙構(gòu)件， 將各鐵心塊2以約成為同軸的方式重迭并固定，借此形成靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1。所得到的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1，是構(gòu)成此物的磁性鋼板21放射狀等價(jià)排列的結(jié) 構(gòu)，即使在此靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1的外周繞設(shè)線圈也不會產(chǎn)生短路電流，又，其泄漏磁通 與放射狀鐵心同為在磁性鋼板21的內(nèi)部沿著其寬度方向通過，不會在磁性鋼板內(nèi)通過其 厚度方向。借此，可抑制由泄漏磁通造成的渦電流產(chǎn)生。又，因?yàn)殍F心的剖面約為正圓，故 可更加減短繞設(shè)的線圈導(dǎo)線長度，能達(dá)成節(jié)省資源。而且，本實(shí)施形態(tài)的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心1，如圖4的局部放大圖所示，設(shè)于鐵心 塊2的徑向最外側(cè)的圓筒狀鐵心要素(第3鐵心要素)2C，其構(gòu)成為，以在磁性鋼板21的迭 層側(cè)側(cè)面的外部露出部21x的寬度方向長度s小于等于磁性鋼板21的板厚t的方式，迭層 磁性鋼板21。也即，磁性鋼板21的板厚若為0. 3mm，則使外部露出部21x的寬度方向長度 s小于等于0. 3mm。磁性鋼板21的側(cè)面21m、21n面對相鄰接的磁性鋼板21，其中，磁性鋼板21的迭層 側(cè)側(cè)面是彎曲部211的凸側(cè)側(cè)面21η。并且，在此迭層側(cè)側(cè)面中，形成在比相接觸的磁性鋼 板21的寬度方向外徑側(cè)端部21b更加外側(cè)的面為外部露出部21x。再者，磁性鋼板21的寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部21a，如圖3所示，寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部 21a的中心線的傾斜，設(shè)為對于第3鐵心要素2C的內(nèi)側(cè)圓的徑向具有傾斜角度e21a。也即， 磁性鋼板21的寬度方向內(nèi)徑側(cè)端部21a設(shè)為從相鄰接的磁性鋼板21的寬度方向內(nèi)徑側(cè) 端部21a朝向外徑方向，并與小于等于板厚t的位置接觸。又本實(shí)施形態(tài)的第3鐵心要素2C，在第3鐵心要素2C的內(nèi)徑ΦΑ、外徑ΦΒ、及前 述磁性鋼板21的板厚t為tcos α -0Asin θ ‘ - (0A+tsin α -Oacos θ ‘ ) tan ( θ ' -α ) = 0......(算式1)(在此，α為磁性鋼板21相對于第3鐵心要素2C的內(nèi)側(cè)圓的徑向傾斜角度θ21a， θ，為相鄰接的磁性鋼板21的徑向最內(nèi)端的角與圓心之間形成的圓心角。另，三角函數(shù)的 單位為弧度(rad))。其中，當(dāng)前述圓心角θ ’等于磁性鋼板21的傾斜角度e21a為零情況 下的圓心角θ ^時(shí)，將此時(shí)的磁性鋼板21的傾斜角度α (= 02J定為θ χ，且在磁性鋼板 21的傾斜角度α小于等于θ χ的情況下，則
權(quán)利要求
1.一種靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其特征在于，該靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心通過將多個(gè)圓筒狀 鐵心要素迭層為同心圓狀而形成，所述圓筒狀鐵心要素通過將多個(gè)磁性鋼板在寬度方向錯 開堆棧而形成，所述磁性鋼板具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部。
2.如權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其中，該靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心包含多個(gè)鐵心塊，該鐵心塊通過將多個(gè)圓筒狀鐵心要素迭層為同心圓狀而形成，所述圓筒 狀鐵心要素通過將具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部的多個(gè)磁性鋼板在寬度方向錯 開堆棧而形成；磁間隙，該磁間隙設(shè)于所述鐵心塊之間。
3.如權(quán)利要求2所述的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其中，所述磁間隙通過在所述鐵心塊之 間夾入由非磁性體構(gòu)成的間隙構(gòu)件而形成。
4.如權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其中，構(gòu)成設(shè)于所述鐵心塊的徑向最外 側(cè)的圓筒狀鐵心要素的磁性鋼板在迭層側(cè)側(cè)面的外部露出部的寬度方向長度小于等于所 述磁性鋼板的板厚。
5.如權(quán)利要求4所述的靜止感應(yīng)設(shè)備用鐵心，其中，設(shè)于所述鐵心塊的徑向最外側(cè)的 圓筒狀鐵心要素的內(nèi)徑ΦΑ、外徑ΦΒ、及所述磁性鋼板的板厚t為 在此，α為磁性鋼板相對于圓筒狀鐵心要素的內(nèi)側(cè)圓的徑向的傾斜角度，Θ’為相鄰 接的磁性鋼板的徑向最內(nèi)端的角與圓心之間形成的圓心角；另，三角函數(shù)的單位為弧度即 rad，其中，當(dāng)所述圓心角θ ’等于所述磁性鋼板的傾斜角度為零情況下的圓心角θ ^時(shí)，將此時(shí) 的磁性鋼板的傾斜角度α定為θ χ，且在磁性鋼板之傾斜角度α小于等于θ χ的情況下，則
6.一種圓筒狀鐵心，其特征在于，該圓筒狀鐵心通過將多個(gè)磁性鋼板在寬度方向錯開 堆棧而形成，所述磁性鋼板具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部，其中，所述磁性鋼板在迭層側(cè)側(cè)面的外部露出部的寬度方向長度小于等于所述磁性鋼板的板厚。
7.如權(quán)利要求6所述的圓筒狀鐵心，其中，所述圓筒狀鐵心的內(nèi)徑ΦΑ、外徑ΦΒ、及所述磁性鋼板的板厚t為tcosa -0Asin θ ‘ - (0A+tsin a -Oacos θ ‘ ) tan ( θ ' -α ) = 0......胃 ζ 1在此，α為相對于圓筒狀鐵心的內(nèi)側(cè)圓的徑向的傾斜角度，θ ’為相鄰接的磁性鋼板的 徑向最內(nèi)端的角與圓心之間形成的圓心角；另，三角函數(shù)的單位為弧度即rad，其中，當(dāng)所述圓心角θ ’等于所述磁性鋼板的傾斜角度為零情況下的圓心角θ ^時(shí)，將此時(shí) 的磁性鋼板的傾斜角度α定為θ χ，且在磁性鋼板的傾斜角度α小于等于θ χ的情況下，則
全文摘要
在變壓器或電抗器等靜止型電磁感應(yīng)圓形鐵心中，降低其剖面全區(qū)內(nèi)的間隙，同時(shí)，抑制在外周面上伴隨著泄漏磁通而帶來的鐵損，包含多個(gè)鐵心塊(2)，該鐵心塊(2)通過將多個(gè)圓筒狀鐵心要素(2A、2B、2C)迭層為同心圓狀而形成，該圓筒狀鐵芯要素(2A、2B、2C)通過將多個(gè)磁性鋼板(21)在寬度方向錯開堆棧而形成，該磁性鋼板(21)具有寬度方向剖面呈彎曲形狀的彎曲部(211)。
文檔編號H05B6/14GK102113070SQ20098013071
公開日2011年6月29日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者岡本幸三, 北野良夫, 外村徹, 弘田成之, 玉置幸男, 藤本泰廣 申請人:特電株式會社