TW201742084A - 變壓器 - Google Patents

Abstract

為了實現低損失的變壓器(1)，把鐵心(3)、捲繞在鐵心的線圈(6、7)、一方面支撐鐵心(3)的重量一方面抑制線圈(6、7)的軸方向的變形之第1框體(9)、設在第1框體(9)的複數處並抑制流動在第1框體(9)的渦電流之渦電流抑制部(24)、以及對第1框體(9)絕緣並抑制朝向與軸方向正交的方向的線圈(6、7)的變形之第2框體(10)，設到變壓器(1)。

Description

變壓器

本發明有關變壓器。

變壓器中，特別是大型製品中，為了防止鐵心或線圈的損傷，設有各式各樣的支撐構件。例如，在下述專利文獻1的摘要中，記載有「藉由設在鐵心的上部也就是磁性材的薄帶的層積方向的第1端面側之第1上部鐵心支撐部、以及設在與前述第1端面側為相反側的第2端面側之第2上部鐵心支撐部，支撐前述鐵心的上部，前述第1上部鐵心支撐部、以及前述第2上部鐵心支撐部，乃是把與前述鐵心的磁性材的薄帶的寬度方向略正交的方向延伸在縱長方向之形狀，在其之間配置前述鐵心，從前述第1上部鐵心支撐部、以及前述第2上部鐵心支撐部，在相互接近的方向設有突部，設有設置在前述第1上部鐵心支撐部的突部與前述第2上部鐵心支撐部的突部之上的跨接構件，藉由前述跨接構件支撐前述鐵心。」。

而且，在下述專利文獻2的摘要，記載有「至少1個線圈2，係把利用複數配置在卷鐵心材寬度方 向之繞線架構件23a、23b‧‧‧所構成的線圈繞線架23設在線圈2最內周。而且，最外的非晶質卷鐵心1A，係圍住卷鐵心1A，而且，具有按壓插入有卷鐵心1A的線圈2的外側之補強框」。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

[專利文獻1]日本特開2013-8808號公報

[專利文獻2]日本特開平10-340815號公報

有關在專利文獻1、2所揭示的支撐構件，係主要適用鋼骨等的金屬。但是，把金屬適用在支撐構件的話，因為來自鐵心的漏磁通在支撐構件產生渦電流，發生使損失增加之問題。

該發明係有鑑於上述的情事而為之的創作，其目的在於提供低損失的變壓器。

為了解決上述課題，本發明的變壓器係具有：鐵心；捲繞在前述鐵心的線圈；一方面支撐前述鐵心的重量，一方面抑制前述線圈的軸方向的變形之第1框體；以及設在前述第1框體的複數處，抑制流動在前述第 1框體的渦電流之渦電流抑制部。

根據本發明，可以實現低損失的變壓器。

1、2‧‧‧變壓器

3‧‧‧卷鐵心(鐵心)

6‧‧‧一次線圈(線圈)

7‧‧‧二次線圈(線圈)

9、29‧‧‧外框體(第1框體)

10、30‧‧‧內框體(第2框體)

11‧‧‧鐵心支撐板

12‧‧‧上樑部(長條狀導體材)

13‧‧‧下樑部(長條狀導體材)

14‧‧‧柱部(長條狀導體材)

15‧‧‧腳部

16‧‧‧線圈鎖緊螺栓(押壓力調整部)

17‧‧‧連結構件

18‧‧‧外板

18a‧‧‧絕緣板

19‧‧‧柱部

20‧‧‧鐵心保護框體

20a‧‧‧內板

24‧‧‧締結構件(渦電流抑制部)

25‧‧‧螺栓

26‧‧‧螺絲孔

27‧‧‧狹縫(渦電流抑制部)

A1~A3‧‧‧交叉處

Φ_S‧‧‧漏磁通

I_S‧‧‧渦電流

[圖1]為本發明的第1實施方式之單相三腳的變壓器的立體圖。

[圖2]為線圈的(a)橫剖視圖及(b)縱剖視圖。

[圖3]為外框體的立體圖。

[圖4]為內框體的立體圖。

[圖5]為變壓器的漏磁通與渦電流的說明圖。

[圖6]為圖5的重要部分的放大圖。

[圖7]為本發明的第2實施方式之單相三腳的變壓器的立體圖。

〔第1實施型態〕

圖1為本發明的第1實施方式之單相三腳的變壓器1的立體圖。變壓器1係具有：矩形環狀的2個卷鐵心3(鐵心)；捲繞在卷鐵心3之一次線圈6；捲繞在一次線圈6(線圈)的外周圍之二次線圈7(線圈)；外框體9 (第1框體)；以及內框體10(第2框體)。在此，卷鐵心3，係一方面層積並一方面捲繞非晶質磁性薄帶，並形成環狀。與電磁鋼板比較，非晶質磁性薄帶係薄且脆的緣故，一般，使用了非晶質磁性薄帶的卷鐵心3係因鐵心的自重或電磁力而容易破損。

在此，於圖2(a)、(b)，表示線圈6、7的橫剖視圖及縱剖視圖。

圖2(a)、(b)中，一次線圈6及二次線圈7，係一塊形成筒狀。在此，畫了剖面線的箭頭，係表示在電流流動在線圈6、7之際所運作的電磁力的方向。亦即，如圖2(a)表示，在線圈6、7，運作有膨脹在水平方向(與線圈6、7的軸方向正交的方向)之電磁力。而且，如圖2(b)表示，在線圈6、7，也運作有膨脹在垂直方向亦即線圈6、7的軸方向之電磁力。與流動在線圈6、7的電流成比例，電磁力變大。特別是變壓器1為大型者，二次線圈7短路的話，所發生電磁力亦達數百噸左右。

回到圖1，框體9、10係為了在二次線圈7短路的情況等之下抑制線圈6、7的變形而設的。首先，內框體10係被形成從左右上下方向包圍住卷鐵心3，主要作為抑制線圈6、7的左右方向的膨脹。而且，外框體9係被形成從前後左右方向包圍住內框體10，並支撐卷鐵心3及線圈6、7，並且，抑制線圈6、7的垂直方向的膨脹。更進一步，外框體9係藉由抵接到內框體10的左右側面的方式抑制內框體10的左右方向的膨脹，藉此與內 框體10一塊抑制線圈6、7的左右方向的膨脹。框體9、10的主要的部分，係從強度或成本的觀點，理想上為不鏽材料鋼或鋼鐵等的金屬製者。而且，框體9、10係被電性絕緣(詳細後述)。

接著，圖3為外框體9的立體圖。圖3中，外框體9係形成略長方體框狀，具有沿長方體的垂直邊而立設之4根H鋼的柱部14。4根下樑部13(長條狀導體材)係形成矩形管狀，連結鄰接在前後左右方向的柱部14(長條狀導體材)的下端部。而且，4根上樑部12(長條狀導體材)係形成矩形管狀，連結鄰接在前後左右方向的柱部14的上端部。而且，從柱部14與下樑部13之4處的交叉處，H鋼的腳部15突出到下方向。在上樑部12的上表面，涵蓋前後方向，橋架有形成矩形板狀之2片鐵心支撐板11。

鐵心支撐板11，係從內側(下側)分別支撐2個卷鐵心3(參閱圖1)的上邊部。經此，卷鐵心3的重量，不會直接施加到線圈6、7。而且，上樑部12中，在被2片鐵心支撐板11包挾的部分，安裝有線圈鎖緊螺栓16(押壓力調整部)。線圈鎖緊螺栓16，係經由往下方向按壓線圈6、7(參閱圖1)的方式，在二次線圈7的短路時等，抑制線圈6、7的垂直方向的膨脹。在此，線圈鎖緊螺栓16，係越朝指定方向旋轉，對線圈6、7押壓力越大。從而，經由適用線圈鎖緊螺栓16的方式，可以對線圈6、7賦予最佳的押壓力。

接著，圖4為內框體10的立體圖。圖4中，內框體10係形成略長方體框狀，具有沿長方體的左右側面立設，形成長方形板狀之2片外板18。外板18的內部面，係被固定在複數根的(在圖示的例子為2×4根)柱部19。外板18的外部面中，在接觸到外框體9(參閱圖3)的部分，安裝有絕緣板18a，藉此絕緣內框體10與外框體9。

鐵心保護框體20，係被安裝在各柱部19的內側，與外板18、柱部19一塊，形成複數根(在圖示的例子為2×3根)剖面略矩形狀的筒體。在這些筒體，可以鬆插卷鐵心3(參閱圖1)的腳部。但是，為了不在鐵心保護框體20產生沿水平方向的電流環路，在鐵心保護框體20與柱部19之間，包挾有未圖示的絕緣板。而且，在2片外板18的上端部及下端部，固定複數根的(在圖示的例子為2×3根)連結構件17。接著，2個卷鐵心3，係排列配置在以連結構件17及柱部19所圍的矩形區域內。

而且，鐵心保護框體20的內板20a，係抵接到二次線圈7(參閱圖1)。從而，因為二次線圈7的短路等，二次線圈7往左右方向膨脹的話，藉由內板20a可以抑制二次線圈7的膨脹。如上述般，在藉由外板18、柱部19及鐵心保護框體20所形成的剖面略矩形狀的筒體，鬆插卷鐵心3的腳部。

在此，鐵心保護框體20的內板20a、以及卷鐵心3的腳部，係被配置成在兩者間形成空隙。經此，即 便在二次線圈7膨脹，內板20a變形的情況下，可以防止內板20a與卷鐵心3的碰撞。換言之，經由在內板20a與卷鐵心3之間設有空隙的方式，可以防止加在二次線圈7的電磁力被施加到卷鐵心3，可以防止卷鐵心3的破損。

接著，圖5為變壓器1的漏磁通與渦電流的說明圖。電流流動在線圈6、7的話，在卷鐵心3流動有磁通。但是，所產生的磁通的一部分，係作為圖示的漏磁通Φ_S，在卷鐵心3的外側流動。漏磁通Φ_S，係與外框體9交鏈的緣故，假設，外框體9的整體是以導體所構成的話，如圖示般，在消除漏磁通Φ_S的方向流動有渦電流I_S，變壓器1的損失增大。

本實施方式中，外框體9係被構成遮斷渦電流I_S的緣故，以下說明其詳細。首先，外框體9形成略長方體框狀的緣故，在上樑部12、下樑部13、柱部14、腳部15，對應到長方體的各頂點，產生總計「8」個交叉處。這些「8」個交叉處中，在「3」個交叉處(例如，圖示的交叉處A1~A3)，各部12、13、14、15係相互絕緣。

尚且，圖示的交叉處A1~A3乃是其中一例，一般，交叉處A1~A3係如接下來般來做選擇。首先，交叉處A1，係可以從8處交叉處的中任意選擇。接著，交叉處A2，乃是位置在與交叉處A1為對角之交叉處。接著，交叉處A3，係可以從交叉處A1、A2以外的交叉處中做任意選擇。如以上般選擇交叉處A1~A3的話，外框 體9中不會形成閉迴路，變成不會流動渦電流I_S。

接著，圖6為圖5中的交叉處A3的放大圖。締結構件24(渦電流抑制部)，係具有在略立方體狀的絕緣物的塊狀體形成有複數個矩形框狀的突出口之形狀。接著，在這些突出口，個別插入一對下樑部13、柱部14及腳部15。尚且，締結構件24係構成不使各部13、14、15相互接觸。而且，在締結構件24的突出口，形成複數個螺絲孔26，經由在此螺合螺栓25的方式，對締結構件24，固定各部13、14、15。如此，締結構件24，係相互絕緣並締結各部13、14、15。

締結構件24，係從強度的觀點來看，希望採用FRP(Fiber Reinforced Plastics)、酚樹脂、壓製板、強化木、陶瓷等，希望是使用電阻率為1×10¹²Ω‧cm以上的材料。而且，螺栓25係使用絕緣螺栓者為佳。經由使用絕緣螺栓的方式，可以減低因二次線圈7短路之際的電磁力造成締結構件24與各部12、13、14、15的接合部分破損的可能性。在各部12、13、14、15的幅寬為相同的情況下，對複數個交叉處A1~A3(參閱圖5)，可以適用相同的締結構件24。

而且，也在圖4所示的內框體10中，也可以適用防止渦電流的構成。例如，在藉由金屬構成外板18的情況下，可以藉由絕緣物構成連結構件17。此時，作為使用在連結構件17的絕緣物，係從強度的觀點來看，希望採用FRP、酚樹脂、壓製板、強化木、陶瓷等，希望 是使用電阻率為1×10¹²Ω‧cm以上的材料。

如以上般，本實施方式的變壓器(1)，係具有：一方面支撐鐵心(3)的重量，一方面抑制線圈(6、7)的軸方向的變形之第1框體(9)；以及設在第1框體(9)之複數處，抑制流動在第1框體(9)的渦電流之渦電流抑制部(24)。經此，一方面防止線圈(6、7)的破損一方面減低渦電流損失，可以減低損失。

而且，變壓器(1)，係更具有：對第1框體(9)絕緣，抑制朝與軸方向正交的方向之線圈(6、7)的變形之第2框體(10)。經此，可以更進一步抑制線圈(6、7)的變形。

而且，第1框體(9)，係具備：沿長方體的各邊配設之複數個長條狀導體材(12、13、14)；渦電流抑制部(24)，係具備：設在長方體之複數個頂點中的其中一個也就是第1頂點(A1)之第1絕緣構件、設在位置在第1頂點的對角之第2頂點(A2)之第2絕緣構件、以及設在第1及第2頂點以外的其中一個的頂點也就是第3頂點(A3)之第3絕緣構件。經此，盡可能藉由較少數目的絕緣構件，而可以有效抑制渦電流。

而且，第1框體(9)係具又調整對線圈(6、7)的押壓力之押壓力調整部(16)的緣故，可以對線圈(6、7)賦予最佳的押壓力。

〔第2實施型態〕

圖7為本發明的第2實施方式之單相三腳的變壓器2的立體圖。尚且，圖7中，是有在與圖1~圖6的各部對應的部分給予相同的元件符號，省略其說明的情況。

變壓器2係具有：矩形環狀的2個卷鐵心3；捲繞在卷鐵心3之一次線圈6；捲繞在一次線圈6的外周圍之二次線圈7；外框體29(第1框體)；以及內框體30(第2框體)。在此，卷鐵心3及線圈6、7的構成係與第1實施方式的創作同樣。而且，外框體29及內框體30的整體形狀，係與第1實施方式的外框體9及內框體10的同樣。但是，本實施方式中的框體29、30，係不具有第1實施方式中的締結構件24(參閱圖6)，幾乎整體是藉由金屬所構成。

本實施方式中，係為了抑制渦電流I_S(參閱圖5)，在框體29、30形成溝狀的凹部也就是狹縫27(渦電流抑制部)。亦即，框體29、30中形成狹縫27的部分成為本實施方式中的「渦電流抑制部」。狹縫27，係為了藉由集膚效應使阻抗值上而形成者，形成與渦電流I_S流動的方向正交。而且，狹縫27的深度，係考慮到渦電流I_S的減低效果、以及框體29、30的機械強度而決定者為佳。例如在電源頻率為50~60Hz的情況下，深度理想上為1mm~10mm的範圍。如以上般，即便不在框體29、30使用絕緣物，也可以抑制渦電流I_S。

〔變形例〕

本發明並不限於上述之實施方式，可以有種種的變形。上述的實施方式係為了容易暸解本發明而用於說明之例示，並非是在限定具備已說明之全部的構成。又，可以把某一實施方式的構成的一部分置換到另一實施方式的構成，還有，亦可在某一實施方式的構成加上另一實施方式的構成。而且，是可以就各實施方式的構成的一部分予以刪除，或者是進行其他的構成的追加、置換。對於上述實施方式而可以的變形，係例如以下者。

‧上述各實施方式的變壓器1、2，係具有外框體9、29與內框體10、30雙方，但是在二次線圈7短路之際運作在左右方向的電磁力不是那麼大的情況下，也可以省略內框體10、30。該情況下，外框體9、29，係可以構成：從左右方向抵接到卷鐵心3，抑制卷鐵心3的變形。

‧上述第1實施方式中，係藉由螺栓25及螺絲孔26結合締結構件24與各部13、14、15，取而代之，也可以藉由接著劑接著締結構件24與各部13、14、15來這些零件。

‧上述第1實施方式中，係經由藉由金屬構成外板18，並且，藉由絕緣物構成連結構件17的方式，抑制流動在內框體10的渦電流。但是，也可以藉由金屬一塊構成外板18與連結構件17，並包挾絕緣物來結合兩者。

‧而且，上述第1實施方式的外框體9中， 係在長方體的8處的頂點中，與3處的頂點對應之交叉處A1~A3，適用了絕緣物的締結構件24；但也可以在4處以上的交叉處適用締結構件24，也可以在全部8處的交叉處適用締結構件24。

‧而且，上述第1實施方式中，為了完全排除渦電流的影響，也可以用絕緣物構成全部的框體9、10。該情況下，框體9、10全部成為「渦電流抑制部」。此時，可以支撐卷鐵心3的載重，並且，為了不會因在線圈2短路時所發生的電磁力而造成破壞，可以在框體9、10使用具有高機械強度的材料。具體方面，於框體9、10，希望採用FRP(Fiber Reinforced Plastics)、酚樹脂、壓製板、強化木、陶瓷等，希望是使用電阻率為1×10¹²Ω‧cm以上的材料。

‧上述各實施方式中，是以單相三腳的變壓器1、2作為例子來說明，但在此不限制於變壓器的種類，本發明也可以適用在三相五腳的變壓器或三相三腳的變壓器等。變壓器的種類改變的話，線圈的數目或卷鐵心的根數也會不同，但為了不在外框體及內框體構成閉迴路，經由在適切的位置予以電性絕緣的方式，可以抑制流動在框體的渦電流，減低負載損失。

1‧‧‧變壓器

3‧‧‧卷鐵心(鐵心)

6‧‧‧一次線圈(線圈)

7‧‧‧二次線圈(線圈)

9‧‧‧外框體(第1框體)

10‧‧‧內框體(第2框體)

Claims (7)

1. 一種變壓器，係具有：鐵心；線圈，其係捲繞在前述鐵心；第1框體，其係一方面支撐前述鐵心的重量，一方面抑制前述線圈的軸方向的變形；渦電流抑制部，其係設在前述第1框體的複數處，抑制流動在前述第1框體的渦電流。
2. 如請求項1的變壓器，其中更具有：第2框體，其係對前述第1框體絕緣，抑制朝與前述軸方向正交的方向的前述線圈的變形。
3. 如請求項2的變壓器，其中，前述第1框體，係具備沿長方體的各邊配設之複數個長條狀導體材；前述渦電流抑制部，係具備：第1絕緣構件，其係設在前述長方體之複數個頂點中的其中一個也就是第1頂點；第2絕緣構件，其係設在位置在前述第1頂點的對角之第2頂點；以及第3絕緣構件，其係設在前述第1及第2頂點以外的其中一個的頂點也就是第3頂點。
4. 如請求項2的變壓器，其中，前述第1框體，係更具有：複數個長條狀導體材，其沿係長方體的各邊而配設；以及複數個渦電流抑制部，其係設在與前述長方體的各頂點對應的位置，絕緣並結合複數個前述長條狀導體材。
5. 如請求項2的變壓器，其中，於前述第1框體及前述第2框體的表面，在與渦電流流動的方向正交的方向形成狹縫。
6. 如請求項2的變壓器，其中，前述第1框體及前述第2框體，係藉由絕緣構件而構成。
7. 如請求項1的變壓器，其中，前述第1框體，係具有調整對前述線圈的押壓力之押壓力調整部。