卷绕铁心以及卷绕铁心的制造方法与流程

本发明的实施方式涉及多片铁心材料卷绕而成的卷绕铁心以及制造该卷绕铁心的制造方法。

背景技术：

近年来，作为例如配电用的小型变压器中的大的技术动向，在日本国内应用了所谓的用电高峰制度，在世界上也例如制定确定高效化的标准等，强力推进节能化或效率化。尤其是在世界范围内都在开展用于降低在铁心产生的电力损失即无负荷损耗、所谓的“铁损”的努力，各制造商都着重铁心材料的改良或铁心构造的改良，展开了激烈的竞争。此处，作为变压器用的铁心，公知有层叠切断了的薄硅钢片而成的层叠铁心、卷绕切断了的薄硅钢片而成的卷绕铁心。进而，对于卷绕铁心，由于铁心中的磁通的流动难以被阻碍，因此从降低铁损的观点出发比层叠铁心更有利。

例如在专利文献1中公开了这种卷绕铁心的典型的结构例。这种卷绕铁心一般形成为如下的结构。即、从薄硅钢片将铁心材料以一圈的量、即一匝的量为单位切断并卷取于圆形的卷取模。然后，使卷取的铁心材料的内侧和外侧抵靠于成形模而进行加压，由此，在中心形成大致矩形的铁心窗。在这样制造的卷绕铁心中，在各铁心材料的两端部的接缝处形成有切断部。进而，通过将该切断部在铁心材料的周向呈阶梯状地依次错开配置，能够使磁通的流动顺畅，由此，能够降低磁路的磁阻而抑制铁损的增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－284136号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在各铁心材料的切断部容易产生间隙，这种间隙仅具有空气的导磁率。因此，磁通难以通过间隙部分，几乎所有的磁通都绕过间隙而流动。因此，在间隙的附近磁通密度容易增加，由此，存在间隙附近的铁损显著增加的倾向。另外，铁心材料产生的损失即铁损与磁通密度具有相关性，确认了在磁通密度高的区域，铁损例如以磁通密度的大约2次方的程度增加。

本实施方式在于提供一种能够抑制铁心材料的间隙附近的磁通密度的增加的卷绕铁心以及制造该卷绕铁心的制造方法。

用于解决课题的手段

本实施方式所涉及的卷绕铁心具备：卷绕有多片铁心材料的铁心主体部；以及在上述铁心主体部的中心形成的窗部。上述铁心材料在每一圈具有至少1处切断部。上述切断部在上述窗部的周围分散配置。

本实施方式所涉及的卷绕铁心的制造方法是制造卷绕铁心的方法，该卷绕铁心具备卷绕有多片铁心材料的铁心主体部以及在上述铁心主体部的中心形成的窗部，上述铁心材料在每一圈具有至少1处切断部，其中，以上述切断部在上述窗部的周围分散配置的方式卷绕上述卷绕铁心。

附图说明

图1是对本实施方式示意性地进行说明的图，是将卷绕铁心的一部分放大示出的图。

图2是示出第1实施方式所涉及的卷绕铁心的一个结构例的图。

图3A是示出卷绕铁心的制造方法的一例的图(其1)。

图3B是示出卷绕铁心的制造方法的一例的图(其2)。

图3C是示出卷绕铁心的制造方法的一例的图(其3)。

图3D是示出卷绕铁心的制造方法的一例的图(其4)。

图4是示出第2实施方式所涉及的卷绕铁心的一个结构例的图。

图5是示出第3实施方式所涉及的卷绕铁心的一个结构例的图。

图6是示出卷绕铁心的制造方法的一例的图。

图7是示出第4实施方式所涉及的卷绕铁心的一个结构例的图。

图8是将变形例所涉及的卷绕铁心的一部分放大示出的图。

图9是示出现有的卷绕铁心的图。

图10是将现有的卷绕铁心的一部分放大示出的图。

具体实施方式

以下，参照附图对卷绕铁心以及卷绕铁心的制造方法所涉及的多个实施方式进行说明。另外，在进入本实施方式的说明之前，先提及现有的卷绕铁心。即、图9所例示的现有的卷绕铁心100通过卷绕多片铁心材料100a而构成铁心主体部101。进而，卷绕铁心100在铁心主体部101的中心具有大致矩形状的窗部102。各铁心材料100a在每1圈具有至少1处切断部103。该切断部103是成为各铁心材料100a的两端部的接缝的部分。

在该情况下，卷绕铁心100的每3片铁心材料100a形成1个铁心材料组104a、104b、104c、104d。即、从最靠窗部102侧的内侧起，每层叠预定片的铁心材料100a就形成1个铁心材料组104。并且，各铁心材料组104所包含的多个铁心材料100a以各自的切断部103相互在周向错开而呈阶梯状的方式卷绕。

并且，一个铁心材料组104所包含的多个切断部103各自的周向的位置和与该铁心材料组104邻接的其他铁心材料组104所包含的多个切断部103各自的周向的位置相互大致或者完全一致。即、卷绕铁心100形成为以构成铁心材料组104的多片铁心材料100a为单位而切断部103的位置反复返回相同位置的结构。

并且，卷绕铁心100利用4个铁心材料组104a、104b、104c、104d构成第一组100A。进而，卷绕铁心100在该第一组100A的外侧进一步设置第二组、第三组、……，由此来形成与用途相应的大小的卷绕铁心。

此处，提及这种现有的卷绕铁心这样的构造中的课题。即、例如如图10所示，假设每一组的铁心材料M的数量为3片，且利用2条磁通线示出在1片铁心材料M中流动的磁通，则在每一组流动有6条磁通。进而，在铁心材料M的切断部C附近，磁通以绕过切断部C的间隙的方式流动，在包含该间隙的铁心主体部的截面D处，6条磁通通过2片铁心材料M而流动。因此，切断部C的间隙附近的磁通密度增加至3/(3－1)倍、即约1.5倍，间隙附近的铁损显著增加。另外，对于铁心材料M的切断部C的间隙附近的磁通密度，若将每一组的铁心材料的片数设为“n”，则能够用下式求出。

磁通密度＝n/(n－1)

并且，在各铁心材料M的切断部C之间、换言之为各铁心材料M的间隙之间的区域G，伴随着磁通绕过间隙，在该区域G通过的磁通的磁通密度增加。因此，在该区域G，由所通过的磁通产生的涡电流增加，伴随于此，所产生的铁损也增加。

因此，在本实施方式中，利用如下所示的划时代的技术思想来解决这种现有结构中的课题。即、例如如图1所示，与以往相比增加每一组的铁心材料M的片数。进而，使每一组所包含的多个铁心材料M的切断部C分散。此时，切断部C形成为在卷绕铁心的窗部的周围分散配置。另外，在图1中，为了说明的方便，利用3条磁通线示出在1片铁心材料M中流动的磁通，但假定在1片铁心材料M中流动的磁通量与以往相同。

根据本实施方式，能够将切断部C的间隙附近的磁通密度抑制在4/(4－1)倍、即约1.33倍，能够减小间隙附近的铁损。

并且，根据本实施方式，将一组所包含的4个切断部C分成分别由2个切断部C构成的2个切断部组G1、G2，以将各切断部组G1、G2分别配置在卷绕铁心的不同的边部的方式使其分散。由此，能够将1个切断部组收敛在卷绕铁心的1个边部内，因而不会受到窗部的各边的长度的制约，能够实现铁损的降低。

其次，例示应用了本实施方式的技术思想的卷绕铁心所涉及的多个实施方式。

(第1实施方式)

图2所例示的卷绕铁心10由通过将例如硅钢片等金属板切断而得的多片铁心材料10a构成。卷绕铁心10通过卷绕多片铁心材料10a来构成铁心主体部11。进而，卷绕铁心10在铁心主体部11的中心具有大致矩形状的窗部12。卷绕铁心10具有4个角部13和将上述角部13之间相连的4个边部14。在该情况下，边部14具有短边部14a、14c和比上述短边部14a、14c长的长边部14b、14d。短边部14a、14c夹着窗部12相互对置。并且，长边部14b、14d夹着窗部12相互对置。

卷绕铁心10通过在长边部14b、14d组装未图示的线圈而作为例如变压器等的铁心使用。构成卷绕铁心10的多片铁心材料10a是以一圈的量、即一匝的量为单位从硅钢片切断出的，因而，在该情况下，在每一圈都具有1处切断部15。该切断部15是成为各铁心材料10a两端部的接缝的部分。进而，在各铁心材料10a中的形成切断部15的部分、即各铁心材料10a的两端部的接缝处，容易形成有间隙。

该卷绕铁心10呈按照每预定片数、在该情况下为每4片铁心材料10a而形成铁心材料组16a、16b、16c、16d的结构。即、从最靠窗部12侧的内侧起，每层叠预定片的铁心材料10a就形成1个铁心材料组16。另外，形成1个铁心材料组16的铁心材料10a的数量能够适当变更而加以实施。并且，也可以使形成各铁心材料组16的铁心材料10a的数量适当不同。

并且，各铁心材料组16所包含的多片铁心材料10a以各自的切断部15相互在周向错开并呈阶梯状的方式被卷绕。并且，卷绕铁心10利用4个铁心材料组16a、16b、16c、16d构成第一组10A。进而，卷绕铁心10在该第一组10A的外侧进一步设置第二组、第三组、……，由此形成为与用途相应的大小的卷绕铁心。

进而，卷绕铁心10形成为使每一组所包含的多个切断部在窗部12的周围分散的结构。即、卷绕铁心10形成为由一个铁心材料组16所包含的多个切断部15构成的切断部组17、和由其他铁心材料组16所包含的多个切断部15构成的切断部组17在窗部12的周围分散配置的结构。在该情况下，铁心材料组16a的切断部组17a位于一个短边部14a，铁心材料组16b的切断部组17b位于一个长边部14b，铁心材料组16c的切断部组17c位于另一个短边部14c，铁心材料组16d的切断部组17d位于另一个长边部14d。即、各切断部组17a～17d分别在不同的边部14a～14d分散配置。

其次，对卷绕铁心10的制造方法的一例进行说明。即、如图3A所例示的那样，首先，通过依次卷绕多片铁心材料10a而形成铁心材料组16d。此时，以由多个切断部15形成的切断部组17d位于长边部14d的方式卷绕各铁心材料10a。其次，如图3B所例示的那样，在铁心材料组16d的外侧，通过依次卷绕多片铁心材料10a而形成铁心材料组16c。此时，以由多个切断部15形成的切断部组17c位于短边部14c的方式卷绕各铁心材料10a。

其次，如图3C所例示的那样，在铁心材料组16c的外侧，通过依次卷绕多片铁心材料10a而形成铁心材料组16b。此时，以由多个切断部15形成的切断部组17b位于长边部14b的方式卷绕各铁心材料10a。其次，如图3D所例示的那样，在铁心材料组16b的外侧，通过依次卷绕多片铁心材料10a而形成铁心材料组16a。此时，以由多个切断部15形成的切断部组17a位于短边部14a的方式卷绕各铁心材料10a。通过像这样以切断部组17a～17d在窗部12的周围、换言之在各边部14a～14d分散配置的方式依次卷绕铁心材料10a，设置第一组10A。进而，通过根据需要进一步设置第二组、第三组、……，制造与用途相应的大小的卷绕铁心10。

根据本实施方式所涉及的卷绕铁心10，在包含各切断部组17的各边部14，假设若利用2条磁通线示出在每1片铁心材料10a中流动的磁通，则在每一组经由15片铁心材料10a流动有32条磁通。因此，能够将切断部15的间隙附近的磁通密度抑制在16/(16－1)倍、即约1.06倍。因而，能够减小间隙附近的铁损。

并且，根据卷绕铁心10，由于切断部15分散在窗部12的周围，因此，在各边部14配置的切断部组17的全长La、即形成各切断部组17的最初的铁心材料100a的切断部15与最后的铁心材料100a的切断部15之间的长度La不会变长。因而，不会受到窗部12的边长Lb的制约，实质上能够得到与增加构成1个铁心材料组16的铁心材料10a的数量的情况下同样的效果。

并且，根据卷绕铁心10，各铁心材料10a的切断部15之间、换言之各铁心材料10a的间隙之间的距离也不会变大。因此，在该点上，切断部组17的全长La也不会变长，不会受到窗部12的边长Lb的制约，能够抑制磁通密度。

(第2实施方式)

图4所例示的卷绕铁心20具备：卷绕有多片铁心材料20a的铁心主体部21；以及在该铁心主体部21的中心形成的窗部22。并且，对于卷绕铁心20，以预定片的铁心材料20a为单位形成多个铁心材料组26a～26d，各铁心材料组26a～26d分别具有由多个切断部25形成的切断部组27a～27d。并且，卷绕铁心20利用4个铁心材料组26a～26d构成第一组20A。进而，卷绕铁心20在该第一组20A的外侧进一步设置第二组、第三组、……，由此形成为与用途相应的大小的卷绕铁心。进而，卷绕铁心20形成为使每一组所包含的多个切断部分散在窗部22的周围的结构。即、卷绕铁心20形成为一个铁心材料组的切断部组和其他铁心材料组的切断部组在窗部22的周围分散配置的结构。

该卷绕铁心20通过将各铁心材料20a中的形成角部23的部分在预定的折弯位置预先折弯、并卷绕上述被折弯了的铁心材料20a而构成。另外，各铁心材料20a的折弯位置根据要制造的卷绕铁心20的大小、要卷绕的铁心材料20a的片数等适当设定。

根据该结构，角部23处的尺寸精度提高、且能够以各角部23作为基准进行各切断部25的定位。因而，能够将各铁心材料组26a～26d的切断部组27a～27d在窗部22的周围高精度地分散配置。并且，难以产生在各铁心材料20a的切断部25处间隙过大地张开的不良情况，能够进一步抑制磁通密度的增加。

(第3实施方式)

图5所例示的卷绕铁心30具备：卷绕有多片铁心材料30a的铁心主体部31；以及在该铁心主体部31的中心形成的窗部32。并且，卷绕铁心30以预定片的铁心材料30a为单位形成多个铁心材料组36a～36d，各铁心材料组36a～36d分别具有由多个切断部35形成的切断部组37a～37d。并且，卷绕铁心30利用4个铁心材料组36a～36d构成第一组30A。进而，卷绕铁心30通过在该第一组30A的外侧进一步设置第二组、第三组、……而形成为与用途相应的大小的卷绕铁心。进而，卷绕铁心30形成为使每一组所包含的多个切断部分散在窗部32的周围的结构。即、卷绕铁心30形成为各铁心材料组36a～36d的切断部组37a～37d配置在一个一个地交替地夹着窗部32对置的位置的结构。在该情况下，铁心材料组36a的切断部组37a位于一个短边部34a、铁心材料组36b的切断部组37b位于另一个短边部34c、铁心材料组36c的切断部组37c位于一个短边部34a、铁心材料组36d的切断部组37d位于另一个短边部34c。即、对于卷绕铁心30，切断部组37a、37c在同一个边部34a分散配置，切断部组37b、37d在同一个边部34c分散配置。

根据本实施方式，也与上述的各实施方式同样，能够抑制间隙附近的磁通密度的增加，能够减小铁损。并且，例如如图6所示，在制造组装有线圈38的卷绕铁心30的工序中，将2名作业人员S1、S2配置在线圈38的轴向的两侧，通过各作业人员S1、S2交替地将铁心材料30a插入于线圈38，能够高效地制造组装有线圈38的卷绕铁心30。并且，通过由从线圈38的一侧插入铁心材料30a的作业人员S1和从线圈38的另一侧插入铁心材料30a的作业人员S2分担作业，能够通过同时进行而制造多个组装有线圈38的卷绕铁心30。

(第4实施方式)

图7所例示的卷绕铁心40具备：卷绕有多片铁心材料40a的铁心主体部41；以及在该铁心主体部41的中心形成的窗部42。并且，对于卷绕铁心40，以预定片的铁心材料40a为单位形成多个铁心材料组46a～46d，各铁心材料组46a～46d分别具有由多个切断部45形成的切断部组47a～47d。并且，卷绕铁心40利用4个铁心材料组46a～46d构成第一组40A。进而，卷绕铁心40在该第一组40A的外侧进一步设置第二组、第三组、……，由此形成为与用途相应的大小的卷绕铁心。进而，卷绕铁心40形成为使每一组所包含的多个切断部分散在窗部42的周围的结构。即、卷绕铁心40形成为各铁心材料组46a～46d的切断部组47a～47d以多个、在该情况下为以2个切断部组47为单位配置在夹着窗部42对置的位置的结构。在该情况下，铁心材料组46a的切断部组47a以及铁心材料组46b的切断部组47b位于一个短边部44a，铁心材料组46c的切断部组47c以及铁心材料组46d的切断部组47d位于另一个短边部44c。即、对于卷绕铁心40，切断部组47a、47b在同一个边部44a分散配置，切断部组47c、47d在同一个边部44c分散配置。

根据本实施方式，也与上述的各实施方式同样，能够抑制间隙附近的磁通密度的增加，能够减小铁损。并且，在制造组装有未图示的线圈的卷绕铁心40的工序中，通过将2名作业人员配置在线圈的轴向的两侧并交替地将铁心材料40a插入于线圈，能够分担作业，并且能够通过同时进行而高效地制造组装有线圈的多个卷绕铁心40。

以上说明了的各实施方式所涉及的卷绕铁心具备：卷绕有多片铁心材料的铁心主体部；以及在上述铁心主体部的中心形成的窗部。上述铁心材料在每一圈都具有至少1处切断部。上述切断部在上述窗部的周围分散配置。根据该结构，不会受到窗部的长度的制约，能够抑制铁心材料的间隙附近的磁通密度的增加。

并且，本实施方式所涉及的卷绕铁心的制造方法是制造卷绕铁心的方法，该卷绕铁心具备卷绕有多片铁心材料的铁心主体部和在上述铁心主体部的中心形成的窗部，上述铁心材料在每一圈都具有至少1处切断部，其中，以上述切断部在上述窗部的周围分散配置的方式卷绕上述卷绕铁心。根据该制造方法，能够制造不会受到窗部的长度的制约、能够抑制铁心材料的间隙附近的磁通密度的增加的卷绕铁心。

另外，本实施方式只不过是作为例子加以提示，并非意图限定发明的范围。上述新的实施方式能够以其他各种各样的方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略、置换、变更。本实施方式及其变形也包含于发明的范围以及主旨，并且包含于技术方案所记载的发明及其等同的范围中。

例如，铁心材料并不限于在每一圈具有1处切断部，也可以在每一圈具有多处切断部。即、对于铁心材料，只要在每一圈具有至少1处切断部，则都包含于本实施方式所涉及的技术思想。在该情况下，以使得各切断部不在相同位置重叠的方式，将多个切断部在窗部的周围分散配置。

并且，例如如图8所示，只要使一个铁心材料组56a所包含的切断部55的位置Pa和其他铁心材料组56b所包含的切断部55的位置Pb在铁心主体部的周向稍稍偏移，就能够得到将一个切断部55附近的磁通密度抑制为n/(n－1)倍的效果，因而，能够得到与上述实施方式同样的效果。另外，在该情况下，形成为使得由多个切断部55形成的1个切断部组的全长、即从一个铁心材料组56a所包含的最初的切断部55起至其他铁心材料组56b所包含的最后的切断部55为止的长度不会超过窗部的边长。

标号说明

图中，10表示卷绕铁心，10a表示铁心材料，11表示铁心主体部，12表示窗部，15表示切断部，16表示铁心材料组，17表示切断部组，20表示卷绕铁心，20a表示铁心材料，21表示铁心主体部，22表示窗部，25表示切断部，26表示铁心材料组，27表示切断部组，30表示卷绕铁心，30a表示铁心材料，31表示铁心主体部，32表示窗部，35表示切断部，36表示铁心材料组，37表示切断部组，40表示卷绕铁心，40a表示铁心材料，41表示铁心主体部，42表示窗部，45表示切断部，46表示铁心材料组，47表示切断部组，50表示卷绕铁心，55表示切断部，56表示铁心材料组。