JP2008516433A - トロイダルコア変圧器 - Google Patents

Abstract

多相変圧器（１０１）は、軸方向で互いに隣接して配置された複数のトロイダルコア（１０２）を有している。この場合、これらのトロイダルコア（１０２）は異なる相の相巻線を支持している。２つの隣接するトロイダルコア（１０２）の相巻線の接続箇所は周方向で互いにずらされて配置されており、このずれもしくは２つの隣接するトロイダルコア（１０２）の相巻線の接続箇所の間のジオメトリ的な角度は、これらのトロイダルコア（１０２）の電圧信号の間の位相のずれもしくは電気的な位相角度にほぼ相当する。

Description

本発明は、トロイダルコア変圧器、特に、軸方向で隣接するように配置された複数のトロイダルコアを備えた多相変圧器であって、それぞれ隣接するトロイダルコアが、異なる相の相巻線を支持している形式のものに関する。隣接するように配置されたトロイダルコア巻線を備えた多相変圧器では、個々の相巻線の間に高い電圧電位差が存在し、例えば、水滴、飛沫水、氷の形成の際に弧絡を回避し、多相変圧器の運転確実性を保証するためには、相応に手間のかかる絶縁手段が必要であるという問題がある。例えば氷の形成による個々の相巻線の間の弧絡を回避するためには、場合によっては多相変圧器にヒータを設ける必要すらある。

絶縁手段は極めてコストがかかる。さらに、絶縁手段は、多相変圧器の所定の構成サイズを必要とするので、所要スペースは大きくなる。

欧州特許第ＤＥ６９１１０２７３Ｔ２号明細書により公知の３相トロイダルコア変圧器では、そのトロイダルコアは軸方向で互いに隣接するように配置されていて、それぞれ異なる相を支持している。

このようなトロイダルコア変圧器は、低圧での運転のために設けられている。中間電圧範囲で使用するならば、接続部の領域でも、巻線自体でも高い電位差が、ひいては弧絡が生じるだろう。

これに対して本発明の課題は、冒頭で述べた形式のトロイダルコア変圧器を改良して、必要な絶縁手段を削減することができ、かつその構成サイズを減じることができるようにすることである。さらには、僅かな構成サイズで高い出力密度が得られるのが望ましい。

この課題を解決するために本発明の構成では、２つの隣接するトロイダルコアの相巻線の接続個所が周方向で互いにずらされて配置されている。多相変圧器の個々の相巻線の間の電気的な相のずれは、実際には相巻線の機械的なずれにより補償される、もしくは減じられる。これにより、異なる相の隣接する巻線区分の間の電位差は減じられるので、相応に、互いに隣接する相巻線を絶縁するための絶縁手段の必要な手間も減じることができ、従って絶縁手段のためのコストも減じられる。隣接するトロイダルコアの相巻線の間の電位差が僅かであることにより、トロイダルコアは互いに僅かな間隔でも配置することができ、これにより多相変圧器のための構成サイズは減じられる。

特に有利な構成では、２つの隣接するトロイダルコアの相巻線の接続個所の間のずれもしくは形状的な角度が、これらのトロイダルコアの電圧信号の間の相のずれ若しくは電気的な相角度に相当している。２つのトロイダルコアの直接隣接する巻線区分の間には実際には電位差はもはやない。３相システムでは、個々の相の間の相角度は機械的に補償するために、３つの相巻線の接続個所はそれぞれ１２０°ずつ互いにずらされて配置されている。

個々のトロイダルコアの間には通常、機械的な安定性および保持性を得るためにスペーサが設けられているので、２つの隣接する相巻線の間には僅かな電位差しか許容されないので、電気的な相のずれに対して少ない機械的なトロイダルコアの回動は、絶縁手段が減じられている場合、または完全に省かれている場合でも相巻線の間の電圧弧絡を回避するには十分である。多相変圧器の製造の際の精度に対する要求はこれにより減じられ製造は簡単になる。

本発明によるトロイダルコア別の実施例の変圧器では、トロイダルコア変圧器の構造に適合する、有利にはほぼ円筒状の、ケーシングにトロイダルコアのための相巻線が設けられていて、有利にはケーシングの軸方向の端部に送風機またはファンが設けられている。相巻線を備えたトロイダルコアはケーシング内に、汚れや損傷に対して保護されて配置されている。多相変圧器の熱的な過負荷を回避するために装置は送風機によって冷却される。

冷却手段を備えたケーシングは、高い出力密度であると同時にコンパクトな構成の変圧器のために有利である。特に請求項１又は２に記載の多相変圧器においては、これらの手段も、相応の冷却手段を必要とする１つのコンパクトな構成となるのでこの構成は有利に作用する。

多相変圧器を冷却するために、トロイダルコアの領域に、冷却媒体のための中空導管が配置されており、有利には変圧器のケーシングは熱交換器として形成されていて、中空導管に接続されていても良い。この場合、ケーシングは、熱を特に良好に外部に向かって排出するために、二重壁状に形成することができる。冷却媒体はポンプによって中空導管とケーシングとを通るように吐出される。

特に有利な構成では、ケーシングの外側に冷却体または類似の突出する部材が、ケーシングの表面積を拡大するために設けられていて、またはケーシングが成形された表面を有している。表面積が拡大されることにより熱を良好に導出することができ、熱的負荷を回避することができる。

変圧器コイルに個々に注型樹脂を注ぐことができ、この場合、注型樹脂により各コイルのためのケーシングを形成することもできる。この場合、所望の冷却体もしくは冷却リブに相補的に成形された注型用型を設けることができ、これによりコイルの注型の際に直接に、表面積を拡大するための突出したエレメントを備えた所望の輪郭を得ることができる。コイルに注ぐことにより、一方では相巻線の機械的安定性が、他方では、巻線と注型樹脂により形成されたケーシングとの間の熱的な直接的な連結が得られる。さらには、注型により、高い電圧強度も得られる。

最初は平滑なケーシング表面は、表面を適当な方法、例えばエッチング、サンドブラストにより粗面化し、構造化し、もしくは成形することによっても拡大することができる。

有利には、表面は熱を良好に排出することができる構造を有している。スペーサと絶縁部材とは、変圧器コイルの注型と同時に注型することができる。

トロイダルコア変圧器を冷却するための別の可能性は、所定の領域で、または完全に変圧器を挿入するために、収容容器に冷却媒体を設けることにある。

特に有利な構成では、それぞれ相巻線を有した多相変圧器のトロイダルコアがモジュール状に形成されていて、モジュール状のトロイダルコアを保持し、相互に固定するために保持装置が設けられている。複数のモジュールは、変圧器の出力が高められるように組み立てることができる。これにより、１００ＭＶＡ以上の出力を備えた変圧器が実現される。さらにモジュール状の構成により、モジュールの１つが故障した場合に、代替モジュールを場合によっては一時的に接続し、変圧器全体は運転可能であるように維持することができる。従って、故障の際に切り替えるための全体的なリザーブ変圧器を準備しておく必要はない。これによりコストを削減することができ、リザーブモジュールのための所要スペースは、全体的なリザーブ変圧器のための所要スペースと比較して僅かにすることができる。個々のモジュールは保持装置とともに保持されていて、その位置を互いに相対的に固定されている。保持装置に、相巻線を特に外部に対して絶縁するための絶縁エレメントを設けることもできる。軸方向で、隣接するトロイダルコアもしくはその相巻線の間には、トロイダルコアの位置を保持し、トロイダルコアの滑落を防止するために、トロイダルコアのための支持部として保持または支持エレメントを設けるだけで良い。特別の絶縁手段は、この場合、相巻線の接続個所の機械的な回転が、各相巻線の電気的な位相位置に相応しており、これにより上記利点が得られるので必要ない。

さらに本発明は、トロイダルコア変圧器の高圧巻線に関するものであり、並びにトロイダルコア技術をベースとした、１００ｋＶＡ以上の出力かつ６０００ボルト以上の電圧の配電変圧器のためのトロイダルコア変圧器の製造方法に関する。

例えば２０００ｋＶＡの高出力および２０．０００ボルトの高電圧のトロイダルコア配電変圧器の高圧巻線の巻き付けは極めて手間がかかり、時間がかかり、従って高価である。高圧巻線の層電圧を減じ、運転安全性を保証するために、高圧巻線を、複数のセグメントに分割しなければならない。２０．０００ボルトの電圧の場合、例えば１０のセグメントが設けられる。この場合、１つのセグメントの電圧は２．０００ボルトである。これにより層電圧は相応に１／１０にまで減じられる。さらには低圧巻線に対する電圧強度が保証される。

従って既に、このような変圧器巻線の巻き付けを簡単にする巻き付け装置が提供されている。特許第ＥＰ９４９３０１９７．２号明細書には例えば、トロイダルコアを取り囲むガイドに沿って巻線材料を有した小さな巻き付けローラがトロイダルコアを貫通して運動し、この場合、巻線材料をトロイダルコアに巻き付ける巻き付け装置が記載されている。しかしながらこの装置は極めて手間がかかり、電圧強度は限られてしか実現されない。さらに、巻線材料を最初に、トロイダルコアを貫通可能な小さな巻き付けローラに巻き取らねばならず、このことは付加的な時間を要する。さらに、それぞれ１つの巻線しかトロイダルコアに同時に取り付けることができない。従って互いに隣接するように配置された多数の巻線（セグメント）を備えた比較的大きなトロイダルコアでは、全ての変圧器巻線を巻き付けるために多くの時間が必要である。

そこで特に本発明の課題は、冒頭で述べた形式の巻き付け装置と電圧強度のある高圧巻線を改良して、巻き付けが簡単化され、迅速に行われ、変圧器の低圧巻線に対する必要な電圧強度が実現され得るようにすることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、少なくとも１つの巻き付けステーションが設けられており、該巻き付けステーションは、巻線支持体を有していて、該巻線支持体は、強度の高い絶縁材料から成る、側方フランジ（導体材料の貫通のために絶縁された中空室を備えた少なくとも１つの側方フランジ）を備えた、組み合わせて閉じられたトロイダルコアを取り囲む電圧強度のある円形の１つのユニットを成す、電圧強度のある２つの半割シェルから成っており、もしくは巻線支持体は、トロイダルコアの周りの注型用の型で、加圧ゲル化法で全体が製造されていて、少なくとも１つの電気的な導体と少なくとも１つの絶縁材料とから成る、変圧器の高圧巻線のセグメントを収容するために巻線支持体に係合する、巻線支持体を回転可能に支承するための保持・回転支承部を備えており、この保持・回転支承部は周面で巻線支持体に係合する複数のローラ又は類似の転動体を有しており、これらのローラのうち少なくとも１つは巻線支持体を駆動・制動するための駆動・制動装置に接続されていて、これにより電気的な導体と絶縁材料とを１つの閉じられたトロイダルコアに巻き付けることができる。

これにより、絶縁材料から成る、閉じられたトロイダルコアを取り囲み、トロイダルコア横断面を中心として回転する電圧強度のある巻線支持体に巻き付けることができる。電圧強度のある巻線支持体を使用することにより他の絶縁手段を著しく減じることができる。さらに、巻線を被せるためにトロイダルコアをまず２つの半部に分割する必要はない。トロイダルコア配電変圧器の製造および物理的な利点、特に極めて高い効率の利用とこれにより閉じられたトロイダルコアの運転コストの削減はこれにより極めて簡単になる。

有利には巻線支持体は２つの硬質な半割シェルから成っていて、該半割シェルは、オーバラップする係止装置もしくはヒンジ及びオーバラップする係止装置を備えており、この係止装置は実際の閉じられたトロイダルコアの周りへの巻き付け過程の前に、円形のユニットをなし、有利には特別な接着剤によって結合され、これにより低圧巻線に対する電圧強度が保証される。巻線支持体の別の構成では、分割可能な注型用の型が閉じられたトロイダルコアの周りに配置されており、該型によって巻線支持体が、例えば加圧ゲル化法で直接的に閉じられたトロイダルコアに製造することができ、注型用の型を取り外した後、一体的にトロイダルコアの周りに位置することができ、巻き付けられることができる。巻線支持体は少なくとも１つの側方フランジに、巻き付け室に対して絶縁された中空室を有しており、中空室の下端部に、巻線支持体の巻き付け室への開口が位置していて、下方の巻線始端部の貫通のために巻線の側方を通って上方に向かう。

この巻線支持体は６つの有利な機能を有している。１つには、低圧に対する基本電圧強度を保証すること、２つには、高圧巻線のための保持体、３つには巻き付け過程を可能にすること、４つにはスペーサ部材によりセグメントの間隔が互いに得られること、５つには低圧巻線に対する所定の間隔が得られること、６つには巻線支持体における巻線に対して絶縁された中空室により下方の巻線始端部の絶縁が最も小さいスペースで上方に向かって可能であることである。トロイダルコア配電変圧器の種々様々な使用分野のため、および電圧強度の保証のため、巻線支持体に単数又は複数の絶縁材料とともに高圧巻線のセグメントを充填することができる。例えば、雰囲気条件下での注型樹脂の充填、真空下での注型樹脂充填物の充填、加圧ゲル化法による注型樹脂充填物の充填、または気体または液体の絶縁材料を備えた密な構成での、例えば窒素または適当な油の充填である。必要とあらば、絶縁、密閉、または耐損傷性のためにカバーを備えた巻線支持体を形成することができる。別の構成では、トロイダルコア自体の周りに閉じられた巻体は存在しないという条件下で、巻線支持体は外部に向かって導電的に形成することができる。このような導電層は必要とあらばアースされる、もしくは所定の電位をかけられる。

巻線支持体の巻き付けのために、巻線支持体は、巻き付け装置の保持・回転支承部に挿入され、巻線材料が巻線支持体に、保持・回転支承部から間隔をおいて配置された巻線材料貯えロールから供給される。駆動・ブレーキ装置によって、少なくとも１つの転動体が駆動される、もしくは制動される。これによりこの転動体の周面側で係合している巻線支持体は回転させられる。この場合、駆動装置に接続されていない転動体は、巻線支持体のための保持体として働く。摩擦力を回避するために、これらの転動体も有利には回転可能に支承されていて、これによりこれらの転動体に沿った巻線支持体の回転もしくは転動が可能である。巻線支持体と、少なくとも駆動・制動装置に接続された転動体との間に、摩擦接続的な、場合によっては形状接続的な駆動・制動装置が設けられていると有利である。摩擦接続的な結合は構造的に簡単に実現可能である。しかしながら、例えば転動体の歯列と巻線支持体の側方フランジの歯列により形状接続的な結合が行われても良い。

巻線支持体の回転により、巻線材料が、巻線材料貯えロールから繰り出され、巻線支持体へと巻き付けられる。巻線材料貯えロールは定置に配置されていて、巻線支持体の周りを運動しないので、大きな巻線材料貯えロールを使用することができ、これらの巻線材料貯えロールには、複数の巻線支持体に巻き付けるための巻線材料を相前後して取り付けることができる。例えば１０ＭＶＡ以上の高出力のトロイダルコア配電変圧器のための巻線を巻き付けることができる。巻線材料としては円形ワイヤおよび扁平バンドを使用することができる。

特に有利な構成では、特に１つのトロイダルコアに配置された複数の巻線支持体に同時に巻き付けるために、周方向で互いに隣接するように配置された複数の巻き付けステーションが設けられている。これにより、互いに隣接するように配置された複数の巻線支持体にグループごとにまたは全て同時に巻き付けることができ、これにより巻き付けに必要な時間は著しく削減できる。この場合、巻取りステーションの数は、各巻線支持体のために１つの巻取りステーションが設けられているように選択することができる。これにより、巻線支持体はグループごとにまたは全て同時に巻き付けられ得る。この場合、制御は中央で行われる。このような構成では、巻き付け装置は有利には２つの階層に分割されており、巻線材料貯えロールは、巻き付け装置の上位の階層に配置されている。これにより操作性は著しく容易にされる。この階層は必要に応じて逆にもできる。

巻線支持体に導体材料と絶縁材料を同時的に位置的に巻き付けるために、導体材料を有する少なくとも１つの巻線材料貯えロールと、絶縁材料を有する少なくとも１つの第２の巻線材料貯えロールとが設けられていると有利である。１つの巻線支持体に同時的に巻き付けるために、３つまたは４つまたは５つの巻線材料貯えロールを設けることもでき、この場合、２つまたは３つまたは４つの巻線材料貯えロールが導体材料を支持しており、第３の又は第４の又は第５の巻線材料貯えロールが絶縁するための絶縁材料を支持している。絶縁された導体材料を使用する場合には、１つの巻線材料貯えロールで十分である。

有利な構成では、種々様々な巻線支持体の直径及び／又は輪郭に適合するために転動体はばね弾性的に支承されていて、有利には緩衝されて支承されている。これにより、円形の横断面および種々異なる直径を備えた巻線支持体を１つの巻き付けステーションで巻き付けることができ、この場合、巻き付けステーションもしくは保持・回転支承部の構造的な変更は行われない。このために転がり軸受は、ばね力に抗して、多かれ少なかれ巻線支持体直径に相応して互いに間隔を置いて配置されていて良い。さらに、非円形の、例えば楕円形の横断面を備えた巻線支持体に巻き付けることができる。ばね弾性的な支承により、転動体は、巻線支持体が非円形の横断面であっても常に巻線支持体に当接し、これにより一方では巻線支持体の保持が、他方では巻線支持体の回転駆動が保証されている。巻線材料貯えロールのために、駆動・制動装置を備えたそれぞれ１つの回転支承部が設けられており、これにより所定の巻き付け張力を維持することができると有利である。

トロイダルコア配電変圧器の高圧巻線のための本発明による巻線支持体によって、電圧強度が実現され、巻き付け装置により、トロイダルコア配電変圧器のための高圧巻線を比較的短い時間で巻き付けることができる。

この課題は、変圧器、特に高出力のトロイダルコア変圧器の高圧巻線とその製造方法により解決される。この場合、少なくとも１つの巻き付けステーションが設けられており、該巻き付けステーションは、巻線支持体を有していて、該巻線支持体は、強度の高い絶縁材料から成る、側方フランジを備えた、組み合わせて閉じられたトロイダルコアを取り囲む電圧強度のある円形の１つのユニットを成す、電圧強度のある２つの半割シェルから成っており、電気的な導体と絶縁材料とから成る、変圧器の高圧巻線のセグメントを収容するために巻線支持体に係合する、巻線支持体を回転可能に支承するための保持・回転支承部を備えており、この保持・回転支承部は周面で巻線支持体に係合する複数のローラ又は類似の転動体を有しており、これらのローラのうち少なくとも１つは巻線支持体を駆動・制動するための駆動・制動装置に接続されていて、これにより電気的な導体と絶縁材料とを１つの閉じられたトロイダルコアに巻き付けることができる。

別の実施例は、変圧器と、特に高出力のトロイダルコア変圧器の高圧巻線と、この変圧器の製造方法であって、この場合、巻線支持体に、高圧巻線の取り付け後または取付中に、固体のまたは液体のまたは気体の絶縁材料が充填される。

別の実施例の変圧器では、巻線支持体の少なくとも１つの側方フランジに絶縁性の中空室が設けられており、この中空室の下端部に、高圧巻線の出力材料の下方に位置する巻線始端部の貫通のために、巻線支持体の巻き付け室内への開口が位置している。

別の実施例の変圧器では、分割可能な注型用の型が閉じられたトロイダルコアの周りに配置されており、該型によって巻線支持体が、例えば加圧ゲル化法で閉じられたトロイダルコアに直接的に製造することができ、注型用の型を取り外した後、一体的にトロイダルコアの周りに位置することができ、巻き付けられることができる。

別の実施例の変圧器では、巻線支持体が、側方フランジを備えた少なくとも２つの部分から成っていて、これらの部分が少なくとも１つのオーバラップする係止装置、もしくはヒンジ及びオーバラップする係止装置を備えていて、これらの部分は、閉じられたトロイダルコアの周りで実際の巻き付け過程の前に円形のユニットを形成するように有利には特別な電圧強度の接着剤によって接合されている。

別の実施例の変圧器では、巻線支持体が複数の絶縁材料から成っていて、巻線支持体が、高圧巻線のための保持体を有しており、巻線支持体の側方フランジが、摩擦接続的もしくは形状接続的な表面を有しており、巻線支持体が、セグメントの互いの規定された間隔を調節するためのスペーサ部材を有しており、巻線支持体が、低圧巻線に対する所定の間隔を調節するための保持体を有している。

別の実施例の変圧器では、巻き付け過程中または巻き付け過程後に、巻線支持体に、雰囲気条件下での注型樹脂の充填、真空下での注型樹脂充填物の充填、加圧ゲル化法による注型樹脂充填物の充填、または気体または液体の絶縁材料を備えた密な構成での、例えば窒素または適当な油の充填が行われる。

別の実施例の変圧器では、トロイダルコア自体の周りに閉じられた巻体は存在しないということを考慮して、巻線支持体は外部に向かって導電的に形成することができ、この導電層はアースすることができ、もしくは所定の電位を与えることができる。

別の実施例の変圧器では、特にトロイダルコアに配置された複数の巻線支持体に同時に巻き付けるために、周方向で互いに隣接するように配置された複数の巻き付けステーションが設けられている。

別の実施例の変圧器では、巻き付け装置が２つの階層に分割されていて、巻線材料貯えロールが巻き付け装置の上方の階層に、または下方の階層に配置されている。

別の実施例の変圧器では、巻線支持体に導体材料と絶縁材料とを同時に層状に巻き付けるために、導体材料を備えた少なくとも１つの巻線材料貯えロールと、絶縁材料を備えた少なくとも１つの第２の巻線材料貯えロールとが設けられている、もしくは１つの巻線支持体に同時に巻き付けるために３つ、４つ、または５つの巻線材料貯えロールが設けられており、この場合、２つ、３つ、または４つの巻線材料貯えロールが導体材料を支持しており、第３の又は第４の又は第５の巻線材料貯えロールが絶縁するための絶縁材料を支持している。

別の実施例の変圧器では、種々様々な巻線支持体の直径及び／又は輪郭に適合するために転動体はばね弾性的に支承されていて、有利には緩衝もされて支承されている。

本発明はさらに、トロイダルコア配電変圧器の低圧巻線と、その製造法と、外部に向かって電気的に絶縁されている高い安定性の閉じられた多段変圧器コアと、１００ｋＶａ以上の出力と６０００Ｖ以上の電圧の、トロイダルコア技術をベースとした注型樹脂技術による配電変圧器のための製造方法に関する。

配電変圧器のための低圧巻線は極めて大きな横断面を有しており、これは例えば１０００ｋＶＡのためには約１５００ｍｍ２である。このような横断面は、導電的な幅広の帯を備えた脚状の構成形式におけるコンベンショナルな配電変圧器のために製造される。トロイダルコア配電変圧器では形状的な特性によりこのような帯を使用することはできない。低圧巻線は極めて手間のかかる形状で、電気的に絶縁された扁平ワイヤの並列接続により製造しなければならない。トロイダルコア変圧器のためのトロイダルコアは今日、小さな出力および低電圧のためにのみ、一段の形状で製造される。高い強度の外部に対して絶縁された、配電変圧器のための多段の閉じられたトロイダルコア変圧器およびその製造方法は公知ではない。

高出力（１００ｋＶA以上メガワット範囲まで）のトロイダルコア配電変圧器を実現するために、閉じられたトロイダルコアの周りに高い横断面の電気的導体を有した低圧巻線を取り付けるという課題が生じる。別の課題は、外部に対して電気的に絶縁された多段の閉じられた強度の高いトロイダルコアを形成し、そのために有利な製造方法を実現することにある。

一方ではさらなる処理において、並びのその後の継続運転において、薄い変圧器薄板の形状安定を維持するために、１００ｋｇ〜２０００ｋｇ以上の重量を有したトロイダルコアの高い強度が必要である。コアに対して変圧器巻線が十分な電圧強度を有するためには電気的な絶縁が必要である。

さらに本発明の課題は、閉じられたトロイダルコアの周りに横断面の大きな電気的な導体を備えた低圧巻線を取り付け、外部に向けて電気的に絶縁されている強度の高い閉じられた多段のトロイダルコア変圧器と、そのために適した機械的な製造方法とを提供し、トロイダルコア配電変圧器の製造を可能にすることにある。

この課題を解決するために本発明の構成では、導電材料から成る低圧巻線の巻体を２つの半部に予め成形し、これら２つの半部を閉じられたトロイダルコアの周りで互いに電気的に接続し、少なくとも１つの半部が１つの階層を有しており、これにより複数の巻体から成る螺旋状の巻線が閉じられたトロイダルコア上に形成され、トロイダルコアのために、薄い磁気伝導性材料を多段の閉じられたトロイダルコア変圧器コアを形成するように巻き付け、磁気伝導性材料の間に接着剤があり、該接着剤は材料を（渦電流を回避するために）相互に絶縁し、トロイダルコアを補強し、低圧巻線に対する電気絶縁性を、導電性ではない材料から成るスペーサリングまたはスペーサ部材によって得る。強度を上げ、かつ外部に対する電気絶縁性を得るために、トロイダルコア変圧器コアに、強度の高い導電性ではない注型樹脂を完全に注ぎ込む。

別の構成では、電気的な絶縁（低圧コイルのためのコア）を、トロイダルコアの段部に堅固に取り付けられた少なくとも３つのスペーサリングまたは１つの巻体につきそれぞれ３つのスペーサ部材によって実現する。次いでトロイダルコアを、絶縁及び腐食に対する保護のためのラッカでコーティングする。

トロイダルコア巻き付け法の解決手段のためには、装置を保持するための支持体フレームには磁気導電材料の各幅のために、少なくとも１つの貯えロール装置と、駆動・制動装置と、ガイド装置と、裁断装置と、接着剤噴霧装置とが必要であり、磁気伝導性材料の各幅のために、駆動・制動装置と共通のガイドレールとを備えた少なくとも１つの巻き付け装置が必要である。

巻き付け過程は狭幅から始まり、広くなり再び狭くなる。巻き付け高さは遠隔測定装置によって監視される。目標値に達すると、相応の幅のための巻き付け過程が終了し、磁気伝導性材料が分離され、次の幅のガイドレールに供給される。巻き付け過程中は、磁気伝導性材料に接着剤が噴き付けられる。このようにして、閉じられた段状トロイダルコアが形成され、このコアは磁気伝導性材料の絶縁のために接着剤を有しており、さらなる処理のために十分な強度を有している。最も幅広の材料を除く磁気伝導性材料の各幅のために、全ての装置を備えた２つの貯えロールと、全ての装置を備えた２つの巻き付け装置とがトロイダルコアの段の数に応じて設けられていなければならない。振動状態では、全ての貯えロールユニットと全ての巻き付けユニットとが同時に運転される。

低圧巻線の１つの巻体を、例えば１５００ｍｍ２の横断面を有するアルミニウムから成る、導電材料を有する２つの半部から予め成形する。少なくとも１つの半部が１つの階層を有しており、これにより個々の半部から１つの巻体が形成され、これらの巻体から１つの螺旋状の巻線が形成され、この場合、前記階層の形状が、巻体の絶縁のための互いの距離を規定している。個々の半部はねじ締結及び／又は溶接することができる。

これにより、任意の大きさの横断面を有した低圧巻線を比較的短時間で実現することができる。

トロイダルコア技術の利点は、これによりトロイダルコア配電変圧器を最大の出力範囲まで実現することができ、この変圧器は極めて損失が少なく、注型樹脂技術におけるコンベンショナルな配電変圧器の運転コストの約５０％しかかからないことにある。これにより、このトロイダルコア配電変圧器は数年でリファイナンスでき、さらには一次エネルギの重要な部分を、資源と環境保護のために節約することができる。

上記トロイダルコア巻き付け装置により、例えば１１段では、１１段のトロイダルコア変圧器コアを同時に巻き付けることができることにより、トロイダルコア変圧器を効率よく生産することができる。

この課題は、変圧器、特に横断面の大きな螺旋状の低圧巻線と、その製造と、磁気伝導性かつ相互絶縁性の材料から成る、低圧巻線に対して電気的に絶縁されている、安定性の高い多段の閉じられたトロイダルコア変圧器コアと、その製造方法とにより解決され、この場合、有利には、それぞれ１つの制動装置を備えた、磁気伝導性材料の少なくとも２つの異なる幅を有する少なくとも３つの貯えロール装置と、少なくとも３つの接着剤噴霧装置と、１つの駆動システムを備えた少なくとも３つの巻き付け装置と、少なくとも３つのガイド装置と、ガイドレールと、裁断装置とを有する支持体フレームが設けられている。

有利な実施例の変圧器では、各貯えロール装置と各巻き付け装置とに駆動・制動装置が設けられている。

有利な実施例の変圧器では、最も幅広の材料を除く磁気伝導性材料の各幅のために、それぞれ１つの駆動・制動装置を備えた２つの巻き付け装置が設けられている。

有利な実施例の変圧器では、絶縁層を備えた磁気材料が前処理される。

有利な実施例の変圧器では、閉じられたトロイダルコア変圧器コアが、薄い磁気伝導性材料を有した複数の段に巻き付けられていて、この材料には接着剤が予め施されるか、または巻き付け過程中に接着剤が吹き付けられる。

有利な実施例の変圧器では、１つの巻線につき少なくとも３つのスペーサリングまたはそれぞれ３つのスペーサ部材が、トロイダルコアの複数の段に堅固に取り付けられている。

有利な実施例の変圧器では、絶縁および腐食に対する保護のためのラッカでトロイダルコアがコーティングされている。

有利な実施例の変圧器では、トロイダルコア変圧器コアが硬質の注型樹脂によって取り囲まれている。

有利な実施例の変圧器では、磁気伝導性材料が非晶質の構造を有している。
この課題は、変圧器、特に高い横断面を有する螺旋状の低圧巻線と、その製造と、磁気伝導性かつ相互絶縁性の材料から成る、低圧巻線に対して電気的に絶縁されている、高い安定性の多段の閉じられたトロイダルコア変圧器コアと、その製造方法により解決され、この場合、導電材料から成る低圧巻線の１つの巻体が２つの半部に予め成形され、これら２つの半部が閉じられたトロイダルコアの周りで互いに導電的に接続されており、少なくとも１つの半部が所定の階層を有しており、これにより、複数の巻体コイルから成る１つの螺旋状の巻線が閉じられたトロイダルコア上に形成される。
有利な実施例の方法では、巻体半部が互いにねじ固定及び／又は溶接される。

以下に本発明を図面につき詳しく説明する。

図１には、軸方向で隣接するように配置された３つのトロイダルコアを備えた本発明による多相変圧器の側方断面図が概略的に示されていて、
図２には、本発明の巻線支持体および巻取り過程の実施例が概略的に示されていて、
図３ａ及び図３ｂには、本発明の実施例による５段のトロイダルコアが示されていて、
図４には、本発明による方法を実施する配置が示されている。

図１には、全体が符号１０１で示された多相変圧器が示されていて、この多相変圧器は軸方向で互いに重ねられて配置された３つのトロイダルコア１０２を有している。この場合、それぞれ隣接しているトロイダルコア１０２は、異なる相の相巻線を支持しており、相巻線はそれぞれ、トロイダルコア１０２を環状に取り囲むコイル枠体１０３上に取り付けられている。この場合、コイル枠体１０３は交互に、それぞれ一次巻線および二次巻線が互いに隣接するように、または互いに上下に重なるように配置されていて良い。１つのコイル枠体１０３上にそれぞれ一次巻線と二次巻線とを一緒に取り付けることもできる。 トロイダルコア１０２は保持装置１０４内に配置されており、トロイダルコア１０２の収容領域を形成するための外側ならびに内側のガイドレール１０５ａ，１０５ｂを有している。ガイドレール１０５ａ，１０５ｂはそれぞれ絶縁材料から成っているので、トロイダルコア１０２もしくは、トロイダルコア１０２のコイル枠体１０３上の相巻線は側方で外部に向かって絶縁されている。

保持装置１０４は下側に底面部分１０７を有しており、これも同様に絶縁材料から成っている。底面部分１０７には、下方のトロイダルコア１０２のための絶縁性の支持エレメント１０８が設けられている。この場合、互いに間隔をおいて配置された複数の支持エレメント１０８を設けることができる、または一貫したリングが支持エレメント１０８として設けられている。個々のトロイダルコア１０２の間にはそれぞれスペーサ部材１０９が設けられていて、これらスペーサ部材１０９によってトロイダルコア１０２もしくは、トロイダルコア１０２にそれぞれ配属されたコイル枠体１０３の位置が互いに位置固定される。上方のトロイダルコア１０２の上側にも、絶縁性の支持エレメント１０８が設けられていて、該支持エレメント１０８の上にカバー部分１１０が載置されており、トロイダルコア１０２は上側でも外部に向かって絶縁されている。

図１に示された多相変圧器１０１は３相変圧器として形成されている。トロイダルコア１０２もしくはコイル枠体１０３の個々の相巻線の接続個所（詳しくは図示せず）はそれぞれ１２０°ずつ互いにずらされて配置されている。これにより各相巻線は、機械的に、所定の角度だけ互いにずらされて配置されていて、この角度は、これらの相巻線の電圧信号の間の電気的な相のずれもしくは電気的な相角度に相当する。

特に、スペーサ部材１０９の領域、即ち、隣接するトロイダルコアがもっとも小さい間隔を互いに有しているところでは、これにより、２つのトロイダルコア１０２もしくはコイル枠体１０３の互いに向かい合って位置する２つの領域には実際には電位差は存在しない。隣接するトロイダルコア１０２の間の電圧の弧絡は、互いに密に隣接して配置されたトロイダルコア１０２のもとでも生じ得ない。多相変圧器１０１はこれによりコンパクトかつ減じられた所要スペースで形成することができる。さらには、個々のトロイダルコア１０２の間には、スペーサ部材１０９の領域に、絶縁手段は必要ないまたは僅かな絶縁手段しか必要ではない。これによりコストを削減することができ、構造を簡単にすることができる。

トロイダルコア１０２は、それぞれコイル枠体１０３とともにモジュール状に形成されている。このようなモジュールに故障がある場合には、該当するトロイダルコアを代替モジュールと交換することができ、もしくは故障したモジュールは電気的に分離され、代替モジュールが一時的に多相変圧器１０１に接続される。従って、完全な変圧器をリザーブ機器として準備しておく必要はなく、相巻線を支持するコイル枠体を備えた１つのトロイダルコアをリザーブモジュールとして準備しておけば十分である。これによりコストを削減することができ、リザーブ機器のための所要スペースが減じられる。

図２には、全体を符号２０１で示された、巻線支持体２０２の巻き付けのための巻き付け装置が示されている。回転可能に支承された巻線材料貯えロール２０３ａに貯えられた巻線材料２０４ａ，２０４ｂを巻線支持体２０２に巻き付けるための巻き付け装置は、２つの巻き付けステーション２０５を有しており、これらは互いに９０°の間隔をおいて、略示されたトロイダルコア６に配置されている。巻取りステーション２０５はそれぞれ１つの支持体フレーム２０７を有しており、該支持体フレーム２０７は、それぞれ１つの巻線支持体２０２のための保持・回転支承部２０８を備えている。巻線支持体２０２はそれぞれトロイダルコア２０６に同心的に配置されており、トロイダルコア２０６と巻線支持体２０２との間にはそれぞれ１つのエアギャップ２０９が残されている。トロイダルコア２０６はこのために、図示されていない保持装置で図示の位置に保持されている。

保持・回転支承部２０８は、ローラホルダ２１１に回転可能に支承されたそれぞれ３つのローラ２１０を転動体として有していて、これらのローラ２１０は巻線支持体２０２を負荷する。この場合、ローラ２１０のうち２つは巻線支持体２０２を下方から支持していて、これにより安定的な支持部を成しており、第３のローラ２１０は巻線支持体２０２を上方から負荷している。これにより巻線支持体２０２は実際には３つのローラ２１０によって挟み込まれ、巻線支持体２０２が保持・回転支承部２０８からうっかり外されてしまうことは回避される。ローラ２１０は、図示されていない駆動・制動装置に接続されており、この駆動装置によってローラは矢印の方向に回転される。

ローラ２１０と巻線支持体２０２との間には、摩擦接続的な駆動・制動装置が設けられていて、これにより、ローラ２１０が時計回りで回転する際に、巻線支持体２０２が逆方向に一緒に回転する。巻線支持体２０２の回転運動により、巻線材料２０４ａ，２０４ｂは、回転可能に支承された巻線材料貯えロール２０３ａ，２０３ｂから巻線支持体２０２へと巻き付けられる。この場合、個々の巻取りステーション２０５の巻線支持体２０２は同時に巻き付けられることができる。

巻線支持体２０２は、硬質の絶縁材料から成っていて、それぞれコイル枠体状に巻き取り室２１３と、側方で制限するフランジ２１４を有するように形成されている。絶縁材料は、特に低圧巻線に対する電圧強度のために必要である。高い強度は、巻取り過程と、比較的重い巻線材料の保持のために必要である。この側方フランジ２１４の外縁部はこの場合、ローラ２１０の負荷面として働く。巻線材料２０４ａ，２０４ｂはこの場合、側方フランジ２１４の間で巻線支持体２０２上にガイドされ、この場合、ローラ２１０による巻線材料２０４ａ，２０４ｂの供給が妨げられることはない。さらに側方フランジ２１４は、隣接する巻線支持体に対する絶縁部を形成し、巻線材料２０４ａ，２０４ｂのための側方の制限部を成す。

ローラ２１０はローラホルダ２１１にそれぞればね支承されて緩衝されて支承されている。これにより、巻線支持体２０２を保持・回転支承部に挿入し、再び取り出すために、ローラ２１０と、保持・回転支承部２０８とは互いに離れるように動くことができる。さらに、種々様々なサイズの巻線支持体に巻き付けることができる。

各巻取りステーション２０５にはそれぞれ、導体材料２０４ａを備えた第１の巻線材料貯えロール２０３ａと、絶縁材料２０４ｂを備えた第２の巻線材料貯えロール２０３ｂとが、導体材料と絶縁材料とを同時的に、層状に互いに重なるように１つの巻線支持体２０２に巻き付けるために設けられている。

本発明は、トロイダルコア変圧器の高圧巻線に関する。さらに本発明は、トロイダルコア技術に基づく、配電変圧器のための、このようなトロイダルコア変圧器の製造方法に関する。

電気的な導体と絶縁材料とが１つの閉じられたトロイダルコアに巻き付けることができるように、巻き付けステーションが設けられており、この巻き付けステーションは、強度の高い絶縁材料から成る側方フランジを備えた、組み合わされて閉じられたトロイダルコアを取り囲む電圧強度のある円形の１つのユニットを成す、電圧強度のある２つの半割シェルから成る、少なくとも１つの電気的な導体と少なくとも１つの絶縁材料から成る、変圧器の高圧巻線のセグメントを収容するための巻線支持体と、この巻線支持体に係合する、巻線支持体を回転可能に支承するための保持・回転支承部とを有している。

図３ａ及び図３ｂには、５つの段３０２，３０３，３０４，３０５，３０６を有するように形成されている閉じられたトロイダルコア３０１が示されている。これらの段は、ほぼ円形の横断面を得るために有利である。段の数が多いほど、磁気伝導性の材料による充填レベルが高くなる。これらの段は、絶縁および強度のために、有利には接着剤が吹き付けられた複数の薄い薄板から成っている。円形の横断面を生ぜしめ、外部に対する絶縁と高い強度とを得るために、トロイダルコアに鋳造型用樹脂３０７が注がれる。このような鋳造型用樹脂のさらなる利点は、鋭い縁部が、変圧器の巻線を損傷する恐れがないことにある。
貯えロール３０２における薄板高さ：０．２３ｍｍ
薄板幅 ：Ｂ１ １００ｍｍ
Ｂ２ １００ｍｍ＋ｘ
（電気薄板）
Ｂ３ １００ｍｍ＋ｘ１
Ｂ４ １００ｍｍ＋ｘ
Ｂ５ １００ｍｍ
１００ｍｍの第１の薄板幅は、ガイド装置３０３を介して巻き付け装置３０６に供給され、位置固定される。巻き付け過程が開始され、同時に薄板には接着装置３０４で接着剤が供給される。駆動・制動装置により巻き付けたい薄板への均一な引張が得られる。測定装置により、巻き付けられた薄板高さが目標値と比較され、基準値に達すると巻き付け過程は停止される。次いで薄板は裁断装置３０５で分離され、位置固定される。

ガイドレール３０７では、今や巻き付け装置３０６が第２の薄板幅（Ｂ２）に供給される。同時に第１の薄板幅には別の巻き付け装置が供給される。振動状態で５つのトロイダルコア変圧器コアが同時に巻き付けられる。

軸方向で隣接するように配置された３つのトロイダルコアを備えた本発明による多相変圧器の概略的な側方断面図である。 本発明の巻線支持体および巻取り過程の実施例を概略的に示した図である。 図３ａ及び図３ｂは、本発明の実施例による５段のトロイダルコアを示す図である。 本発明による方法を実施する配置を示した図である。

Claims (8)

1. トロイダルコア変圧器、特に多相変圧器（１０１）であって、軸方向で隣接するように配置された複数のトロイダルコア（１０２）を有しており、それぞれ隣接するトロイダルコア（１０２）が異なる相の相巻線を支持している形式のものにおいて、２つの隣接するトロイダルコア（１０２）の相巻線の接続個所が周方向で互いにずらされて配置されていることを特徴とする、トロイダルコア変圧器。
2. ２つの隣接するトロイダルコア（１０２）の相巻線の接続個所の間のずれもしくは形状的な角度が、これらのトロイダルコア（１０２）の電圧信号の間の電気的な相角度もしくは相のずれに相当する、請求項１記載の変圧器。
3. トロイダルコア変圧器の構造に適合する、有利にはほぼ円筒状の、トロイダルコア（１０２）のためのケーシングに相巻線が設けられていて、有利にはケーシングの軸方向の端部に送風機またはファンが設けられている、請求項１又は２記載の変圧器。
4. トロイダルコア（１０２）の領域に、冷却媒体のための中空導管が配置されており、有利には変圧器（１０１）のケーシングは熱交換器として形成されていて中空導管に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の変圧器。
5. ケーシングの外側に冷却体または類似の突出する部材が、ケーシングの表面積を拡大するために設けられていて、特にケーシングが成形された表面を有している、請求項３又は４記載の変圧器。
6. 変圧器（１０）を領域的にまたは完全に挿入するための、冷却媒体を備えた収容容器が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の変圧器。
7. それぞれ相巻線を備えた、多相変圧器（１０１）のトロイダルコア（１０２）がモジュール状に形成されていて、モジュール状のトロイダルコア（２）を保持し、互いに固定するための保持装置（１０４）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の変圧器。
8. 変圧器コイルに個々に注型用樹脂が注がれていて、変圧器コイルは有利には表面拡大のために外側の成形部を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の変圧器。

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