JP2005158857A - Mold coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モールドコイルであり、特に変圧器等の静止誘導機器に用いられる樹脂モールドコイルに関する。 The present invention relates to a molded coil, and more particularly to a resin molded coil used for a stationary induction device such as a transformer.
導体巻線をエポキシなどでモールドしてなるモールドコイルは、機械的強度,絶縁性能,耐湿性能が優れ、かつ難燃性である等の防災の面で利点も多いため、その需要は増加している。このモールドコイルを用いたモールド変圧器も最近ではより小型でより安価なものが市場から求められている。この要求にこたえる為には、より放熱特性の優れた構造が不可欠である。 Molded coils made by molding conductor windings with epoxy have many advantages in terms of disaster prevention, such as excellent mechanical strength, insulation performance, moisture resistance, and flame resistance. Yes. Recently, a molded transformer using the molded coil is required to be smaller and less expensive. In order to meet this requirement, a structure with better heat dissipation characteristics is indispensable.
従来のモールドコイルの巻線構造は、大略次ぎの構造に分けられる。一つは例えば特許文献1に記載されているように、丸線あるいは角線を軸方向に円筒状に巻回し、その外周側に絶縁材を巻き、更にこの上に巻線導体を巻回する。これを所定回繰り返して巻線単位が構成され、この巻線単位を必要な個数軸方向直列に接続してコイル巻線が形成される。
A conventional winding structure of a molded coil is roughly divided into the following structures. For example, as described in
もう1つは例えば特許文献2に記載されているように、絶縁材を介在させながら帯状導体を筒状に巻回して巻線単位を形成し、これを必要な個数,軸方向に配列接続してコイル巻線が形成される。
上記の方法によれば、コイルの層間に絶縁材を巻回する必要があり、自動巻が困難である。また、絶縁材を巻線層間に挿入することによって注型樹脂と層間絶縁材の線膨張の差やその端部の切欠効果によって応力が集中し、クラックが発生する危険があった。 According to said method, it is necessary to wind an insulating material between the layers of a coil, and automatic winding is difficult. Further, when the insulating material is inserted between the winding layers, there is a risk that stress is concentrated due to a difference in linear expansion between the casting resin and the interlayer insulating material and a notch effect at the end thereof, and cracks are generated.
このため、層間紙はないほうが望ましい。また、コイル内で発生するジュール熱は、最終的にはコイルの外表面、即ち内外周面及び軸方向端部から放熱される。通常のモールドコイルは軸方向に長い筒状であるため、多くの熱は、軸方向端部に比較して面積が格段に大きい内外周表面からコイル外に放出される。このため、コイル内部で発生した熱は主に径方向に伝達されてゆくことになる。ところが、前記のような従来のコイル構造においては熱伝導の小さい絶縁物が多数径方向を分割するように配置されているため、径方向への熱の伝達が阻止される。その結果、コイル内部とコイル表面との温度差の大きい熱放散特性の悪いコイルとなっていた。 For this reason, it is desirable that there is no interlayer paper. Further, Joule heat generated in the coil is finally radiated from the outer surface of the coil, that is, the inner and outer peripheral surfaces and the axial end. Since a normal mold coil has a cylindrical shape that is long in the axial direction, a large amount of heat is released outside the coil from the inner and outer peripheral surfaces that have a much larger area than the axial end. For this reason, the heat generated inside the coil is mainly transmitted in the radial direction. However, in the conventional coil structure as described above, since many insulators having low heat conduction are arranged so as to divide the radial direction, heat transfer in the radial direction is prevented. As a result, the coil has a large temperature difference between the inside of the coil and the coil surface, and has poor heat dissipation characteristics.
また、変圧器の二次側で短絡事故が起きると、通常の数倍から数十倍の大きな電流が流れる。その短絡電流により変圧器巻線に過大な電磁機械力が働く。その機械力は、一次側コイルと二次側コイルの間に斥力が働き、比較的円筒コイルは力が均等に分散するため、短絡時の強度に対して耐力があるが、矩形断面のコイルは直線部に大きな集中加重がかかるため、短絡強度に弱く、コイルが変形し、インピーダンスの変化率が大きくなり、1回の短絡事故で継続した使用が不可能となる確率が高いという問題が解決できないままでいた。 In addition, when a short circuit accident occurs on the secondary side of the transformer, a large current that is several to several tens of times the normal amount flows. The short circuit current causes an excessive electromagnetic mechanical force to act on the transformer winding. The mechanical force is repulsive between the primary side coil and the secondary side coil, and the force is relatively evenly distributed in the cylindrical coil. Since a large concentrated load is applied to the straight line portion, the short-circuit strength is weak, the coil is deformed, the impedance change rate is large, and the problem that it is impossible to continue use in a single short-circuit accident cannot be solved. It remained.
本発明は、上記の問題点を解決するため、放熱性を高めたコイル構造を提案すると共に、短絡時に働く電磁機械力に対して強化を図ったモールドコイルを提案するものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention proposes a coil structure with enhanced heat dissipation and a molded coil that is reinforced against the electromagnetic mechanical force that works during a short circuit.
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、その第1の態様としては、巻線コイルをコイルの内周から外周へと渦巻き状に巻線して最外周まで巻線したら、外周から内周へ向かって巻線し、積層する。これを繰り返し行うことにより、コイルを形成する。この方法によれば、隣接する導線同士の電圧差が小さくなって、従来必要となっていた層間紙を廃止することが出来、コスト低減を図ることが出来ると共に、クラックが発生する危険性を軽減できる。また、これはコイル内部で発生するジュール熱を放熱する上での阻害要因であったため、放熱性が向上し、コイルのコンパクト化を図ることができる。 The present invention has been made in order to achieve the above object. As a first aspect of the present invention, when a winding coil is wound in a spiral shape from the inner periphery to the outer periphery of the coil and wound to the outermost periphery. Winding from the outer periphery to the inner periphery and stacking. By repeating this, a coil is formed. According to this method, the voltage difference between adjacent conductors becomes small, and the conventionally required interlayer paper can be abolished. Cost can be reduced and the risk of cracking is reduced. it can. Moreover, since this was an impediment to radiating the Joule heat generated inside the coil, the heat dissipation is improved and the coil can be made compact.
さらに、電線の断面形状を平角線にすれば、コイルの導体占有率が向上し、よりコイルのコンパクト化が図れる。 Furthermore, if the cross-sectional shape of the electric wire is a rectangular wire, the conductor occupancy of the coil is improved, and the coil can be made more compact.
コイルの形状が矩形の場合、平角線の曲げ方向をエッジワイズにすることにより、短絡時に働く電磁機械力に対し、強度を向上することが出来、変圧器の品質を向上することが出来る。 When the shape of the coil is rectangular, by making the bending direction of the flat wire edgewise, it is possible to improve the strength against the electromagnetic mechanical force that works at the time of short circuit, and improve the quality of the transformer.
また、機械を使用してエッジワイズで巻回した後、タップ引出し部分を設け、次に手巻きでフラットワイズで巻回することができる。 Moreover, after winding by edgewise using a machine, a tap drawer | drawing-out part can be provided and it can wind by flatwise next by manual winding.
本発明によれば、熱放散性、絶縁特性、製造時の作業性に優れ、さらに、小型で短絡時の電磁機械力に強いモールドコイルが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mold coil which is excellent in heat dissipation, an insulation characteristic, and workability | operativity at the time of manufacture, and is small and strong to the electromagnetic mechanical force at the time of a short circuit is provided.
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明のモールドコイルの実施例について、図を用いて説明する。図1は、実施例1のモールドコイルのコイル断面図である。図2は、実施例1のモールドコイルのコイル斜視図である。図3は、実施例1におけるタップ線成形終了後のコイル斜視図である。図4は、実施例1のモールドコイルのコイル成形する手段に一例の説明図である。図5は、実施例1のモールドコイルのコイル成形する手段の第2の例の説明図である。図6は、実施例1のモールドコイルのコイル成形する手段の第3の例の説明図である。図7は、実施例1のモールドコイルのコイル成形する手段の第4の例の説明図である。図8は、実施例1のモールドコイルのコイル成形する手段の第5の例の説明図である。図9は、実施例1のモールドコイルのコイル成形する手段の第6の例の説明図である。図10は、実施例1のモールドコイルのコイル断面図である。図11は、実施例1のモールドコイルのコイル断面図である。図12は、実施例2のモールドコイルにおけるコイル注型する手段の一例の説明図である。図13は、実施例2のモールドコイルのコイル注型する手段の別の例の説明図である。図14は、実施例2のモールドコイルのコイル断面図である。図15は、実施例3のモールドコイルのコイル斜視図である。図16は、実施例3のモールドコイルの切断コイル斜視図である。図17は、実施例1のモールドコイルを用いて組立てたモールド変圧器の説明図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described.
Examples of the molded coil of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a coil cross-sectional view of a molded coil of Example 1. FIG. FIG. 2 is a coil perspective view of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 3 is a perspective view of the coil after the completion of the tap wire forming in the first embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a coil forming unit of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram of a second example of the coil forming unit of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram of a third example of the coil forming unit of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram of a fourth example of the coil forming unit of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram of a fifth example of the coil forming unit of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 9 is an explanatory diagram of a sixth example of the coil forming unit of the molded coil according to the first embodiment. FIG. 10 is a coil cross-sectional view of the molded coil of the first embodiment. FIG. 11 is a coil cross-sectional view of the molded coil of the first embodiment. FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of a coil casting unit in the molded coil of the second embodiment. FIG. 13 is an explanatory diagram of another example of a means for casting a molded coil according to the second embodiment. FIG. 14 is a coil cross-sectional view of the molded coil of the second embodiment. FIG. 15 is a coil perspective view of the molded coil according to the third embodiment. FIG. 16 is a cut coil perspective view of the molded coil of Example 3. FIG. FIG. 17 is an explanatory diagram of a molded transformer assembled using the molded coil of the first embodiment.
実施例1は、平角線導体をコイル径方向に巻き回した巻線単位を軸方向に積層して構成したモールドコイルである。図1は、本実施例の樹脂モールドコイルにおける平角線導体3の巻き方を、モールドコイルの径方向から模式的に示したものである。巻き始めをコイル端部から行い、外周から内周へ向かって巻き回し、上段へ上がり次に内周から外周へ向かって巻きまわす。これを規定の巻き回数まで繰り返すことで、コイル1を形成し、その周りを樹脂層2で覆う。図1の斜視図を図2に示す。タップ線を引き出した状態のコイルを図3に示す。
Example 1 is a mold coil configured by laminating a winding unit obtained by winding a rectangular wire conductor in the coil radial direction in the axial direction. FIG. 1 schematically shows the winding method of the
本実施例の樹脂モールドコイルは、平角線3を成形してエッジワイズに曲げ加工を行いながらコイルを成形するものである。特に、矩形形状のコイルは平角線を直線部と曲げ部に分け、それぞれ異なる成形方法を行う。
The resin-molded coil according to the present embodiment is formed by forming the
次に、本実施例のモールドコイルの製造方法の一例について具体的に説明する。まず、導体の曲げ成形について、説明する。以下、平角線をエッジワイズに曲げ加工を行う方法について述べる。図4(a)(b)において、上下に設置されたローラ5の間に平角線を通し、ローラ5の角度を任意に自動可変させることで電線にRの癖を付ける。この方法によれば、任意のRに平角線を成形出来、また丸形コイル、矩形コイルとも製作可能である。電線成形の別の方法を図5に示す。電線3をR形状に予め加工した型6に電線の両端を固定したまま押し付け、R形状に成形する。この方法によれば、R径が一定となり、コイルの導体占有率は上がるが、直線部とR部の寸法精度が向上し、装置の自動化が容易となる。
Next, an example of the method for manufacturing the molded coil of the present embodiment will be specifically described. First, conductor bending will be described. Hereinafter, a method for bending a flat wire edgewise will be described. 4 (a) and 4 (b), a rectangular wire is passed between the
さらに別の方法を図6に示す。図5に示すR型6を用いて電線を成形するが、一端を予め固定しておき、R型6の周りを移動する型7が電線を成形するものである。また、図7のように、R型6自体を回転させ、電線を成形してもよい。いずれもR形状は型6のRですべて確定する特徴を有する。
Yet another method is shown in FIG. An electric wire is formed using the R-
R形状を自在に変化させる方法として、図8のように回転するローラ5を用いて成形する方法がある。これは所望するR形状とするため、ローラ間の寸法を変化させ、Rを決定する。また、図9(a)〜(e)に示すR成形の方法は、R形状にする部分の円弧の長さのピッチで電線の両端を固定し、両端に曲げモーメントを掛け、R寸法に成形するものであり、把持する間隔L1(a)、L2(b)に応じて、成形される曲げ部の形状(c)、(d)が相違する。電線の断面形状がすべて一定であり、材質も一定であることから安定したR寸法を形成することが出来る。
As a method of freely changing the R shape, there is a method of forming using a
上記の成形方法図4、図8、図9によって成形したコイルの断面を図10に、また、図5、図6、図7によって成形したコイルの断面を図11に示す。R形状が一定か可変かでコイルの特徴が決定される。 FIG. 10 shows a cross section of the coil formed by the above-described forming method, and FIG. 11 shows a cross section of the coil formed by FIG. 5, FIG. 6, and FIG. The feature of the coil is determined by whether the R shape is constant or variable.
実施例2を説明する。巻線の自動化において、タップ線引き出し巻回数までの巻線を上記の方式を用いタップ線以降の巻線を手動で行う場合、タップ線引き出しまでをエッジワイズで巻回し、タップ線以降をフラットワイズで成形する方法もある。この方法によれば、自動と手動の組み合わせで効率的な巻線が可能となる。断面図を図14に示す。 A second embodiment will be described. In the automation of winding, when winding up to the number of tap wire pulling is performed manually using the above method, winding after the tap wire is wound edgewise until the tap wire is drawn and flat after the tap wire. There is also a method of molding with. According to this method, efficient winding is possible by a combination of automatic and manual. A cross-sectional view is shown in FIG.
巻線後の樹脂注型方法を図12、図13に示す。巻線は型を用いることなく、コイル1を成形することが出来るため、コイル1の加工を型レスで行うことが出来、型の回転率が向上する。これは生産を行う上で、保有する型を削減することが出来、経費等のコストを低減することが出来る。また、金型を使用せずにコイル1を成形することは、コイルを部品として保管が可能となり、電圧の仕様で巻数が変わっても仕込みのコイル改造が可能でコイル製作リードタイムを短縮することが出来る。
The resin casting method after winding is shown in FIGS. Since the
型と巻線コイルの間を樹脂製のスペーサで確保し、また外型を成形した型を用いることによって、空間が空き、その間に注型樹脂を充填する。エッジワイズ方向で成形されたコイルは巻線時の膨らみがなく、電線長辺の寸法がコイル厚さに反映されるので、コイルの厚み精度が向上する特長がある。このことは、コイルの成形作業、後工程の鉄心、金具、端子の組立精度の向上にもつながり、作業効率の向上となり、工数低減を図れる。 A space between the mold and the winding coil is secured by a resin spacer, and a mold in which an outer mold is formed is used, so that a space is available and the casting resin is filled in the space. The coil formed in the edgewise direction does not bulge at the time of winding, and the dimension of the long side of the electric wire is reflected in the coil thickness. Therefore, the coil thickness accuracy is improved. This also leads to an improvement in the accuracy of assembly of the coil forming operation, the iron core, metal fittings, and terminals in the post-process, thereby improving work efficiency and reducing man-hours.
実施例3を説明する。本実施例は、巻線用の型を必要とせず、導体を成形した状態で保管が可能となり、仕込み化が可能となる。受注時の電圧仕様が決定した時点で巻線を開始するのではなく、図15、図16に示すように、同じ断面形状となるコイルを予め、連続に成形し、保管しておき、所望の回数で切断し、それを注型することにより、製品コイルを製作する方法が可能である。このことにより、製作リードタイムを短縮することが出来る。図17に本発明を用いた変圧器11の外観図を示す。
A third embodiment will be described. The present embodiment does not require a winding die, and can be stored in a state where the conductor is molded, and can be prepared. Rather than starting the winding when the voltage specification at the time of the order is determined, as shown in FIGS. 15 and 16, coils having the same cross-sectional shape are continuously formed and stored in advance, and the desired coil A method of manufacturing a product coil is possible by cutting it a number of times and casting it. As a result, the production lead time can be shortened. FIG. 17 shows an external view of the
1…電線コイル
2…樹脂層
3…平角線
4…電線成形部
5…ローラ
6…R成形型
7…電線成形型
8…クランプ
9…注型用型
10…タップ線以降巻線コイル
11…モールド変圧器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記コイルは、素線を径方向の外周から内周に向かって複数回巻付けたコイル部分と内周から外周に向かって複数回巻付けたコイル部分とを軸方向に積層して形成し、コイルの周りを樹脂で覆って絶縁を施したことを特徴とするモールドコイル。 In a resin molded coil comprising a coil formed by winding a conductor, and an insulating layer formed on the inner periphery and outer periphery of the coil,
The coil is formed by axially laminating a coil portion wound a plurality of times from the outer periphery in the radial direction toward the inner periphery and a coil portion wound a plurality of times from the inner periphery toward the outer periphery, Molded coil, characterized in that the coil is covered with resin to insulate it.
上記素線は、平角線の断面からなり、エッジワイズ方向に曲げて巻付けたことを特徴とするモールドコイル。 The molded coil according to claim 1, wherein
The said element wire consists of a cross section of a rectangular wire, and was bent and wound in the edgewise direction, The molded coil characterized by the above-mentioned.
上記コイル部分は、それぞれ直線部分と円弧部分とからなる矩形形状に巻付けられたことを特徴とするモールドコイル。 The molded coil according to claim 2,
The molded coil, wherein each of the coil portions is wound in a rectangular shape including a linear portion and an arc portion.
上記コイルは、エッジワイズで巻回した部分と、フラットワイズで巻回した部分と、両部分の間に設けたタップ線引出し部分とを有することを特徴とするモールドコイル。 The molded coil according to claim 2,
The said coil has the part wound by edgewise, the part wound by flatwise, and the tap wire drawer | drawing-out part provided between both parts, The molded coil characterized by the above-mentioned.
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