JP2008124132A

JP2008124132A - タップ切替え式変圧器

Info

Publication number: JP2008124132A
Application number: JP2006304020A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Endo; 博之遠藤; Makoto Shinohara; 誠篠原; Yuji Sato; 裕二佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: JP4745201B2

Abstract

【課題】
タップ切替え式変圧器において、コイルのタップ接続用引出し部を容易に形成できるようにする。
【解決手段】
高圧側コイルを、平角線によって形成された第１の巻線部と、丸線によって形成された第２の巻線部とを備え、かつ、該第１の巻線部の巻終わり端のタップ接続用引出し部と該第２の巻線部の巻始め端のタップ接続用引出し部とを共線化し該共線化した引出し先端部で該両タップ接続用引出し部が互いに電気的に接続される構成とする。さらに、第２の巻線部を複数の巻線部から成る構成とする場合は、隣接する巻線部間で、一方の巻線部の巻終わり端の丸線のタップ接続用引出し部と他方の巻線部の巻始め端の丸線のタップ接続用引出し部とを共線化する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、タップ切替え式変圧器に係り、特に、高圧側コイルの巻線部のタップ接続用引出し部の構成に関する。

変圧器の一層の低損失化のために、励磁用コイルとして導体断面が略矩形の導線（以下、平角線という）が使われ始めている。これは、平角線の場合、導体の占積率を高くできるため、導体断面積を増大させて電気抵抗値を低減することができるからである。また、該平角線は、コイル軸方向の漏れ磁束による渦電流損を低減化するために、平角線断面の長辺側がコイル軸に平行になる巻き方（＝フラットワイズ巻）で巻線されている。かかるコイルにおいては、図５に示すように、コイル１ａ'の巻線部１ａ_１'のタップ接続用引出し部２０'は、該巻線部１ａ_１'を形成している平角線１０１を曲げ該曲げ部１０１ａ、１０１ｂを共線化（タップ接続用引出し部２０'の往復線を互いに添わせて設けることをいう）して引出したり（図５（ａ））、コイル１ａ''の巻線部１ａ_１'を形成する平角線１０１に別の平角線１０１ｂ'を半田６０で接続して引出したり（図５（ｂ））する構成とされている。図５（ａ）において、平角線１０１の曲げ部１０１ａ、１０１ｂを共線化して形成されているタップ接続用引出し部２０'の先端部すなわち曲げ部１０１ａと曲げ部１０１ｂの境界部近傍は導体片３０'に電気的に接続され、該導体片３０'はさらにタップ部４０'に接続される。切替え部材５０'は、タップ部４０'に対し接触、非接触状態となって、コイル１ａ'中の励磁する巻線部を切替える。図５（ｂ）においても、同様に、平角線１０１ｂ'の先端部は導体片３０に電気的に接続され、該導体片３０'はさらにタップ部４０'に接続される。

また、本発明に関連した従来技術であって、特許文献に記載されたものとしては、例えば、特開平０３−５２２０７号公報（特許文献１）や特開平０３−２４５５０９号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開平０３−５２２０７号公報には、主巻線は金属シート、タップ巻線には平角線を用いた構成が記載され、特開平０３−２４５５０９号公報には、高圧巻線をシート巻線とし、低圧巻線やタップ巻線を平角導体とする構成が記載されている。

特開平０３−５２２０７号公報特開平０３−２４５５０９号公報

上記従来技術のうち、図５（ａ）の技術においては、コイルを形成する平角線１０１の導体断面積が大きくかつ巻線部１ａ_１'がフラットワイズ巻であるため、タップ接続用引出し部２０'を形成するために、平角線１０１を３箇所で曲げて曲げ部１０１ａ、１０１ｂを形成することが容易ではなく、曲げるためには専用の治具を用いて作業を行う必要があり、作業時は該治具のセットなどに時間がかかる。また、図５（ｂ）の技術においては、タップ接続用引出し部２０'を形成するために、半田付けを、コイル１ａ''の巻線部１ａ_１'の平角線１０１に対して行う構成のため、熱により、巻線部１ａ_１'におけるコイル絶縁を損傷するおそれがある。また、半田付けによる電気的接続の信頼性を確保する必要もあるし、さらに、半田付け作業に時間がかかる。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、タップ切替え式変圧器において、高圧側コイルのタップ接続用引出し部を容易に形成することができるようにすることである。

上記課題点を解決するために、本発明では、高圧側コイルの中の励磁する巻線部をタップによって切替えるタップ切替え式変圧器として、高圧側コイルを、平角線によって形成された第１の巻線部と、丸線（導体断面が略円形の導線）によって形成された第２の巻線部とを備え、かつ、該第１の巻線部の巻終わり端のタップ接続用引出し部と該第２の巻線部の巻始め端のタップ接続用引出し部とを共線化し該共線化した引出し先端部で該両タップ接続用引出し部が互いに電気的に接続される構成とする。さらに、第２の巻線部を複数の巻線部から成る構成とし、隣接する巻線部間にタップ接続用引出し部を設ける場合は、隣接する巻線部間で、一方の巻線部の巻終わり端の丸線のタップ接続用引出し部と他方の巻線部の巻始め端の丸線のタップ接続用引出し部とを共線化しかつ該共線化した引出し先端部で該両タップ接続用引出し部が互いに電気的に接続される構成とする。

本発明によれば、高圧側コイルが平角線によって形成された構成のタップ切替え式変圧器の生産性を向上させることができる。

以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の実施例の説明図である。図１は、本発明の実施例としてのタップ切替え式変圧器（（ａ））とその高圧側コイルの結線図（（ｂ））、図２、図３は、図１の高圧側コイルのタップ接続用引出し部の説明図、図４は、図３に示す高圧側コイルの特性説明図である。
以下、図面で用いる構成要素の符号は全図について共通のものを用いるとする。
図１（ａ）において、１００はタップ切替え式変圧器、１は高圧側コイル、２は低圧側コイル、３は、環状の磁気回路を形成するコアである。高圧側コイル１は△結線されているものとする。図１（ｂ）において、１ａは、△結線された高圧側コイル１のＵ相コイル、１ａ_１は、Ｕ相コイル１ａの第１の巻線部、１ａ_２〜１ａ_４は、Ｕ相コイル１ａの第２の巻線部、２０ａは、第１の巻線部１ａ_１の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_２の巻始め端のタップ接続用引出し部とを共線化して成るタップ接続用引出し部、２０ｂは、第２の巻線部１ａ_２の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_３の巻始め端のタップ接続用引出し部とを共線化して成るタップ接続用引出し部、２０ｃは、第２の巻線部１ａ_３の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_４の巻始め端のタップ接続用引出し部とを共線化して成るタップ接続用引出し部、２０ｄは、第２の巻線部１ａ_４の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_５の巻始め端のタップ接続用引出し部とを共線化して成るタップ接続用引出し部、３０ａは、共線化された第１の巻線部１ａ_１の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_２の巻始め端のタップ接続用引出し部とを圧着により電気的に接続する接続手段としてのスリーブ型圧着部材、３０ｂは、共線化された第２の巻線部１ａ_２の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_３の巻始め端のタップ接続用引出し部とを圧着により電気的に接続する接続手段としてのスリーブ型圧着部材、３０ｃは、共線化された第２の巻線部１ａ_３の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_４の巻始め端のタップ接続用引出し部とを圧着により電気的に接続する接続手段としてのスリーブ型圧着部材、３０ｄは、共線化された第２の巻線部１ａ_４の巻終わり端のタップ接続用引出し部と第２の巻線部１ａ_５の巻始め端のタップ接続用引出し部とを圧着により電気的に接続する接続手段としてのスリーブ型圧着部材、４０ａは、スリーブ型圧着部材３０ａに電気的に接続されたタップ部、４０ｂは、スリーブ型圧着部材３０ｂに電気的に接続されたタップ部、４０ｃは、スリーブ型圧着部材３０ｃに電気的に接続されたタップ部、４０ｄは、スリーブ型圧着部材３０ｄに電気的に接続されたタップ部、４０ｅは、第２の巻線部１ａ_５の巻終わり端側の端子に接続されたタップ部、５０ａは、支点６０ａ周りの回動変位により、タップ部４０ａ〜４０ｅに対し接触状態、非接触状態となる切替え部材である。切替え部材５０ａは、タップ部４０ａ〜４０ｅのいずれかを接触状態となることで、第１の巻線部１ａ_１、第１の巻線部１ａ_１と第２の巻線部１ａ_２、第１の巻線部１ａ_１と第２の巻線部１ａ_３、第１の巻線部１ａ_１と第２の巻線部１ａ_４、第１の巻線部１ａ_１と第２の巻線部１ａ_５のいずれかを選択する。タップ部４０ａ〜４０ｅと切替え部材５０ａはタップ切替え部を構成する。

上記構成において、第１の巻線部１ａ_１及びその巻終わり端のタップ接続用引出し部は、導体断面が略矩形の導線すなわち平角線を用いて形成され、第２の巻線部１ａ_２〜１ａ_５及びそれぞれの巻始め端のタップ接続用引出し部と巻終わり端のタップ接続用引出し部は、導体断面が略円形の導線すなわち丸線を用いて形成されている。従って、スリーブ型圧着部材３０ａは、共線化された平角線のタップ接続用引出し部と丸線のタップ接続用引出し部とを圧着により電気的に接続し、３０ｂ〜３０ｄはいずれも、共線化された丸線のタップ接続用引出し部と丸線のタップ接続用引出し部とを圧着により電気的に接続している。また、第１の巻線部１ａ_１においては、コイル軸方向の漏れ磁束による渦電流損を低減化するために、平角線が、その断面の長辺がコイル軸に平行になるように巻線されている。
高圧側コイル１のＶ相コイル１ｂ及びＷ相コイル１ｃについても、コイル構成、タップ接続用引出し部の構成、タップ切替え部の構成のそれぞれは、上記Ｕ相コイル１ａの場合と同様である。
以下、の説明中で用いる図１の高圧側コイル及びタップ切替え部の構成要素には、図１の場合と同じ符号を付して用いる。

図２、図３は、図１のＵ相の高圧側コイル１ａのタップ接続用引出し部の説明図である。図２は、第１の巻線部１ａ_１におけるタップ接続用引出し部の構造を示し、図３は、第１の巻線部１ａ_１及び第２の巻線部１ａ_２におけるタップ接続用引出し部の構造を示す。
図２において、１０１は、第１の巻線部１ａ_１に巻線された平角線、１０１ａは、第１の巻線部１ａ_１の巻終わり端のタップ接続用引出し部の平角線、１０２ｂ_１は、第２の巻線部１ａ_２（図１）の巻始め端のタップ接続用引出し部の丸線、１０２は、第２の巻線部１ａ_２に巻線される丸線、７０ａは、スリーブ型圧着部材３０ａとタップ部４０ａとを接続する導線、ｃ−ｃ'は、高圧側コイル１ａのコイル軸である。平角線１０１はＡ部で曲げられて第１の巻線部１ａ_１の巻終わり端のタップ接続用引出し部の平角線１０１ａとして、第２の巻線部１ａ_２（図１）の巻始め端のタップ接続用引出し部の丸線１０２ｂ_１と共線化されて、タップ接続用引出し部２０ａを構成する。タップ接続用引出し部２０ａの先端部はスリーブ型圧着部材３０ａに電気的に接続されているすなわち平角線１０１ａと丸線１０２ｂ_１とは圧着によりスリーブ型圧着部材３０ａに接続されている。丸線１０２ｂ_１はＡ部で曲げられて丸線１０２として第２の巻線部１ａ_２に巻線される。丸線１０２ｂ_１、１０２には、平角線１０１ａ、１０１よりも導体断面積が小さい導体を複数本（例えば２本）並列にして用いる。該導体としては例えばホルマール銅線を用いる。丸線１０２ｂ_１、１０２に、平角線１０１ａ、１０１よりも導体断面積が小さい導体を用いることで、１層巻構造の第２の巻線部（１ａ_２〜１ａ_５）から複数のタップ接続用引出し部（２０ｂ〜２０ｄ）を引出すことが容易となる。スリーブ型圧着部材３０ａとタップ部４０ａとを接続する導線７０ａにも、複数本（例えば２本）の導線または複数本（例えば２本）の導体を用いて成る導線を用いる。

また、図３において、２０ａは、第１の巻線部１ａ_１におけるタップ接続用引出し部、２０ｂは、第２の巻線部１ａ_２におけるタップ接続用引出し部、１０２は、第２の巻線部１ａ_２に巻線された丸線、１０２ａは、第２の巻線部１ａ_２の巻終わり端のタップ接続用引出し部の丸線、１０２ｂ_２は、第２の巻線部１ａ_３（図１）の巻始め端のタップ接続用引出し部の丸線、７０ｂは、スリーブ型圧着部材３０ｂとタップ部４０ｂとを接続する導線、Ｈは、Ｕ相の高圧側コイル１ａの高さ寸法である。他の符号は、図２の場合と同様である。丸線１０２はＢ部で曲げられて第２の巻線部１ａ_２の巻終わり端のタップ接続用引出し部の丸線１０２ａとして、第２の巻線部１ａ_３（図１）の巻始め端のタップ接続用引出し部の丸線１０２ｂ_２と共線化されて、タップ接続用引出し部２０ｂを構成する。タップ接続用引出し部２０ｂの先端部はスリーブ型圧着部材３０ｂに電気的に接続されているすなわち丸線１０２ａと丸線１０２ｂ_２とは圧着によりスリーブ型圧着部材３０ｂに接続されている。丸線１０２ｂ_２はＢ部で曲げられて丸線１０２として第２の巻線部１ａ_３に巻線される。スリーブ型圧着部材３０ｂとタップ部４０ｂとを接続する導線７０ｂにも、複数本（例えば２本）の導線または複数本（例えば２本）の導体を用いて成る導線を用いる。

図４は、図３に示す高圧側コイルの特性説明図である。（ａ）は、シミュレーションによる特性比較結果、（ｂ）はシミュレーションの設定条件の説明図である。
シミュレーションでは、高圧側コイルを１層巻で形成するものとし、第１の巻線部の導体巻数（相対値）を９１．１、第２の巻線部の導体巻数（相対値）を８．９としている。従来構造では、第１の巻線部、第２の巻線部とも平角線を用いて形成されるとし、本発明では、第１の巻線部は平角線を用いて形成され、第２の巻線部は丸線を用いて形成されるとしている。丸線の断面積は、平角線の断面積の５２％である。（ａ）における特性比較結果は、従来構造の場合の特性値を１００としている。

シミュレーションの結果、コイル厚さｔ及び平角線の断面積を従来構造の場合と等しくした場合（＝本発明構造−１の場合）には、丸線の断面積が平角線の断面積の５２％であることから、第２の巻線部の導体抵抗が従来構造の場合よりも高くなって、負荷損が該従来構造の場合よりも３％高くなる。反対に、コイル高さＨは、従来構造の場合よりも３％低くなる。また、平角線の断面積を従来構造の場合よりも３％増大させると（＝本発明構造−２の場合）、負荷損、コイル高さＨ及びコイル厚さｔを従来構造の場合と等しくすることができる。

上記実施例のタップ切替え式変圧器１００によれば、高圧側コイル１の各相コイルの第２の巻線部１ａ_２の巻始め端以降に丸線を用いているため、曲げ加工が容易となり、タップ接続用引出し部を容易に形成することができ、この結果、タップ切替え式変圧器の生産性を向上させることができる。また、タップ接続用引出し部と巻線部１ａ_２〜１ａ_５の形成作業を、丸線を切断せずに連続した状態で行うことができるため、この点からも生産性を向上させることができる。特に、丸線として、高圧側コイル１の各相コイルの第１の巻線部１ａ_１の平角線の断面積よりも小さい断面積のものを用いているため、曲げ加工がし易いことに加え、巻線作業もし易い。

本発明の実施例のタップ切替え式変圧器とその高圧側コイルの結線図である。図１の高圧側コイルのタップ接続用引出し部の説明図である。図１の高圧側コイルのタップ接続用引出し部の説明図である。図３に示す高圧側コイルの特性説明図である。従来技術の説明図である。

符号の説明

１…高圧側コイル、
２…低圧側コイル、
３…コア、
１ａ…Ｕ相コイル、
１ａ_１…第１の巻線部、
１ａ_２〜１ａ_４…第２の巻線部、
２０ａ〜２０ｄ…タップ接続用引出し部、
３０ａ〜３０ｄ…スリーブ型圧着部材、
４０ａ〜４０ｅ…タップ部、
５０ａ、５０ｂ…切替え部材、
７０ａ、７０ｂ…導線、
１００…タップ切替え式変圧器、
１０１、１０１ａ…平角線、
１０２、１０２ａ、１０２ｂ_１、１０２ｂ_２…丸線。

Claims

高圧側コイルの中の励磁する巻線部をタップによって切替えるタップ切替え式変圧器であって、
平角線によって形成された第１の巻線部と、丸線によって形成された第２の巻線部とを備え、該第１の巻線部の巻終わり端のタップ接続用引出し部と該第２の巻線部の巻始め端のタップ接続用引出し部とが共線化されかつ該共線化された引出し先端部で該両タップ接続用引出し部が互いに電気的に接続された高圧側コイルと、
上記両タップ接続用引出し部を上記電気的に接続する接続手段と、
上記接続手段に電気的に接続されたタップ部と、変位により該タップ部に対し接触、非接触状態となる切替え部材とを備えて成るタップ切替え部と、
を備えた構成としたことを特徴とするタップ切替え式変圧器。
上記高圧側コイルは、上記第２の巻線部が複数の巻線部から成り、該複数の巻線部は、互いに隣接する巻線部間で、一方の巻線部の巻終わり端の丸線のタップ接続用引出し部と他方の巻線部の巻始め端の丸線のタップ接続用引出し部とが共線化されかつ該共線化された引出し先端部で該両タップ接続用引出し部が互いに電気的に接続され、
上記接続手段は、上記隣接する巻線部間の上記両タップ接続用引出し部をも電気的に接続する構成である請求項１に記載のタップ切替え式変圧器。
上記高圧側コイルの上記第１の巻線部は、上記平角線が、その断面の長辺がコイル軸に平行になるように巻線されている構成である請求項１または請求項２に記載のタップ切替え式変圧器。
上記高圧側コイルは、上記第２の巻線部が、複数本の丸線が並列的に巻線されて成り、該第２の巻線部のタップ接続用引出し部が、複数本の丸線が並列的に引出されて成る構成である請求項１または請求項２に記載のタップ切替え式変圧器。
上記接続手段は、圧着により上記両タップ接続用引出し部を電気的に接続する構成である請求項１または請求項２に記載のタップ切替え式変圧器。