JP2009277914A - 変圧器用多段コイル、並びにそれを製作するための巻線方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの容量アップを図ることができる変圧器用コイル、巻線方法及び装置を提供する。
【解決手段】それぞれ個別、若しくは同時（２本以上重ね合わせ）に送られてきた少なくとも２本以上平角線１ａ，１ｂを、成形部６において、少なくとも２対以上のローラで幅方向、厚み方向に挟み込むことで一体化し、同時に圧延成形することで、２本以上の平角電線に成形する。成形された２本の電線を巻取部８において、ディスク巻きに積層することで多段コイルを得る。このコイルは、各電線単線の断面積を大きくすることと同等の作用を得ることができる。巻線装置の成形部６までを、平面レイアウト上２台以上配置し、それぞれ個別に１本ずつ平角電線を供給し、巻取部８で電線を重ね合わせつつ積層してもよい。コイル全体をモールドすることで、モールド変圧器の大容量化が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくても２本以上の平角電線を多段に巻線して成りモールド変圧器に使用される変圧器用多段コイル、並びにそれを製作するための巻線方法及び装置に関する。

従来、多段コイルの製作を効率的に行うために、モータ動力を用いて、平角電線を対状の圧延ローラにより板厚方向に圧延した後、同心状に巻き回して環状コイルを形成する技術が記載され、特に、対状の上記圧延ローラは、コイルの曲線部の曲率半径に合せて平角電線の板厚方向への押当て角度を可変させる構成である旨記載されている（特許文献１参照）。また、絶縁被覆付丸形導線を用いて平形導線（平角電線）の巻線コイルを製造する技術として、絶縁被覆付丸形導線を圧延ローラ間に通し、平形導線に変形した後、コイルの形態で巻取るとした技術が記載されている（特許文献２参照）。

特許文献１に開示の技術では、圧延ローラの平角電線への押当て角度を可変させることでコイルの曲線部（コーナー部）の所定の曲率半径に合せた圧延を行うようにしているため、曲率半径が小さい場合や圧延ローラによる板厚方向の圧延変形量が多い場合には、圧延時に、電線に巻かれている絶縁紙や絶縁フィルムなどの絶縁物が破損し易く、そのため短絡などが発生するおそれがある。さらに、圧延ローラの傾きや電線への押当て量、電線素材の寸法ばらつきや展延性などの材質特性のばらつきなどによってもコイル形状が変わるが、該コイル形状の修正が難しい。また、特許文献２に開示の技術では、単に、絶縁被覆付丸形導線を圧延して平形導線（平角電線）としたものを自動的に巻き取ってコイル状とする技術に過ぎず、コイルの曲線部（コーナー部）において絶縁被覆の破壊や導体占積率の低下などを生じ易いことが懸念される。

そこで、変圧器などの環状コイルに係り、特に、導体素線の断面形状を変形させてコイルのコーナー部などの曲線状部分を形成する技術として、環状コイルの曲線状部分を形成するコイル素線部分に対しては、第１のローラによりコイル素線を、その断面内で環状コイルの内周側寄りの部分よりも外周側寄りの部分の変形量を多くして圧延し長さ方向に曲げ変形させた後、さらに、第２のローラにより、上記断面変形された素線部分を長さ方向に曲げ変形させる。変圧器などに用いる環状コイルにおいて、環状コイルのコーナー部など曲線状部分（曲線部）においても、絶縁被覆の破壊や導体占積率の低下などが生じないようにして、絶縁被覆の破壊をなくすとともに低損失化などを可能とする。環状コイル、コイル製造装置、コイル製造方法及び変圧器を提案している（特許文献３）。

特許文献１に記載の技術では、１本の平角線を成形ローラにて板厚方向に圧延してコーナアールを形成し、圧延を解除し直線送りすることでストレート部を形成していた。即ち、変圧器用コイルとしては一重巻きのコイルである。しかしながら、変圧器容量を大きくするには、コイルに使用される平角線電線サイズ、即ち単線の断面積を大きくすることが求められるが、単線でサイズを大きくするには、電線そのものの製作上の技術的問題、コスト及び巻線設備のような製作装置そのものの技術的問題など、製作上に限度がある。
特許第３９９６００５号公報 特開２０００−６９７２１号公報 特開２００６−１９６６８２号公報

そこで、コイルに使用される個々の平角電線サイズについては従来のものから変える必要はないが、それを組み合わせることで変圧器容量の大容量化に対応可能な変圧器用多段コイル、並びにそれを製作するための巻線方法及び装置を確立させる点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、少なくとも２本以上の平角線（単線）を組合せ、成形及び巻線することで大容量化に対応することを可能にする変圧器用多段コイル、並びにそれを製作するための巻線方法及び装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による変圧器用多段コイルの巻線装置は、複数本の平角電線を個別に又は重ねた状態で供給する供給部と、前記平角電線をディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分を圧延成形する成形部と、当該成形部で成形された前記平角電線をディスク巻きしながら積層する巻取部とを備えた変圧器用多段コイルの巻線装置であって、前記成形部は、同形状・同寸法の複数本の前記平角電線を個別に又は同時に成形し、前記巻取部は、成形された複数本の前記平角電線を上下に重ね合わせた状態でディスク巻きしながら積層する、ことを特徴としている。

また、この発明による変圧器用多段コイルの巻線方法は、個別又は重ねた状態で供給される複数本の平角電線をディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分を圧延成形し、圧延成形された前記平角電線をディスク巻きしながら積層する変圧器用多段コイルの巻線方法にであって、同形状・同寸法の複数本の前記平角電線を個別に又は同時に成形し、成形された複数本の前記平角電線を上下に重ね合わせた状態でディスク巻きしながら積層する、ことを特徴としている。

更に、この発明による変圧器用多段コイルは、ディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分を圧延成形された複数本の前記平角電線を上下に重ね合わせた状態でディスク巻きしながら積層されて成っている。

本発明によれば、ディスク巻きで多段に巻線するに際して、少なくとも２本以上の平角電線を重ね合わせた状態にして多段に巻線し、電線の断面積を大きくするのと同様の作用を得ることができる。具体的には、巻線装置においては、それぞれ個別、若しくは同時（２本以上重ね合わせ）に送られてきた平角電線を、少なくとも２対以上のローラで平角電線を幅方向及び厚み方向に挟み込むことなどして一体化し、重ね合わせた状態で同時に成形することで２本以上の平角電線の同時成形が可能となる。そうして成形された平角電線を巻取部にてディスク巻きにしながら積層することができる。また、別の形態として、それぞれ個別に１本ずつ平角電線を供給し、巻取部で電線を重ね合わせ積層することで、２本以上の平角電線を多段に巻線できる。

また、巻線装置の成形部までを平面レイアウトで左右若しくは少なくとも１台の巻線機と干渉しない方向に２台以上配置し、それぞれ個別に１本ずつ平角電線を供給し、巻取部分で平角電線を重ね合わせ積層することで、２本以上の平角電線をディスク巻きに積層して多段に巻線することができる。更に、２本以上の電線を平角電線ではなく丸線からの潰しなどに加工する機能を付加することにより、インラインでの少なくとも２本以上の平角状への加工を行いながら、電線を多段に巻線することが可能である。

本発明によれば、少なくても２本以上の電線を使用し、ディスク巻きしながら積層して多段化した巻線が実現でき、変圧器用巻線コイルの容量アップが図れることから、変圧器の大形機種への展開を図ることができる。また、２本以上の複数線化に発展可能なため、更なる大形機種への対応の道筋が可能となる。また、本発明によれば、個々の電線サイズを変えることなく、組み合わせ電線の断面積が大きくなるため、モールド変圧器の大容量化を実現することができる。更に、巻線装置において、潰し加工などの加工工程のインライン化を可能にすることができる。

以下、図面に基づいて、本発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例を説明する。

図１は本発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例１を示す全体概略図であり、上側（ａ）が平面図、下側（ｂ）が正面図である。図１に示すように、個別の電線ドラム３ａ，３ｂに巻かれていた平角電線１ａ，１ｂは、電線ドラム３ａ，３ｂから繰り出されて直ぐに上下重ね合わせられ、その状態で巻取部８に供給される。巻取部８は、平面内での位置が調整可能であるとともに、コイルの積層に合わせてねじ機構のような機構によって昇降可能に設けられている。平角電線１ａ，１ｂの供給部は、送り装置１４と各種の案内ローラとを備えている。平角電線１ａ，１ｂは、送り装置１４によって所定量送りながら成形部（一体組合せ部）６に送られる。図１に示す巻線装置は、２本の同形状、同寸法の平角電線１ａ，１ｂがそれぞれ別個に納入され、これを途中で重ね合わせて、重ね合わせたものを同時に成形し且つディスク巻きするものであり、２本重ね合せ方式と称することができる巻線装置である。ここで言うディスク巻きは、円形状に限らず、矩形状に巻き付けることまでを含めて言う。また、ここで言う同形状、同寸法は、必ずしも厳密な意味で同形状、同寸法でなくてもよい。即ち、積層したディスク巻きされたコイルにおいては、積層状態において互いに、また隣合う巻線同士間で多少の余裕があっても構わないので、それに近い異なる形状・寸法のように、実質的に同じ形状・寸法であれば十分である。

図２は、図１に示す巻線装置の成形部を示す斜視図である。図２に示すように、成形部６は、成形ローラ１３，１３を有する成形ユニット７と、成形前において平角電線１ａ，１ｂの送り込みを案内するガイドローラ１０，１０と、成形後において平角電線１ａ，１ｂの送り出しを案内する一群のガイドローラ１２とを備えている。平角電線１ａ，１ｂは、少なくとも一対のガイドローラ１０，１０によって電線の幅方向が案内されて成形ローラ１３，１３間に送り込まれる。

成形ローラ１３，１３は、ディスク巻きの曲線部となる部分について圧延加工をするものであり、曲線部の曲率径方向外側ほどより強く圧延して延ばすことにより、曲線化を行う。したがって、ガイドローラ１０，１０は、幅方向の位置ガイドを正確にするものである。本例では、巻取部８は円形状のコイルとして巻き取るので、直線状に送られてきた平角電線１ａ，１ｂを常に成形ローラ１３，１３で圧延成形して、湾曲した組合せ電線１ｃに成形する。一群のガイドローラ１２は、少なくとも３つのガイドローラから成り、湾曲した組合せ電線１ｃを巻取部８へのディスク巻き状に降下案内して積層させる。

図１〜図２に示す例では、平角電線１ａ，１ｂは別々に電線ドラム３ａ，３ｂに巻き取られているが、図１（ｃ）に示すように、予め２本以上を重ね巻きした組合せ電線１ｃ（ただし、成形前）を有したドラム３ｃをセットすることでも、同様の目標は達成可能である。最初から２本重ねた組合せ電線１ｃの状態で納入されれば、直接に巻線装置に供給すればよく、重ね合わせる工程は不要である。具体的な巻線の機構については、特許第３９９６００５号公報に示すようなディスク巻線機を援用することができる。

図３は本発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例２を示す全体概略図であり、上側（ａ）が平面図、下側（ｂ）が正面図である。図３に示す実施例２においては、供給部は個別の電線ドラム３ａ，３ｂに巻かれた平角電線１ａ，１ｂを上下２本個別に配置したルートをそれぞれ持つ２つの供給部であり、供給部によってそれぞれ供給される平角電線１ａ，１ｂはそれぞれ別の成形部６，６によって成形される。装置としてのその他の構造は、電線加工装置を除いて実施例１に備わるものと同等であるので、再度の説明を省略する。

図４は、図３に示す巻線装置の成形部を示す斜視図である。図４に示すように、成形部６における成形ユニット７は、平角電線１ａを成形する成形ローラ１３ａと、平角電線１ｂを成形する成形ローラ１３ｂを備えている。成形ローラ１３ａ，１３ｂによる成形の仕方、及びガイドローラの案内作用については、図２に示した成形ローラ１３，１３及びガイドローラ１０，１２と同等のものでよく、再度の説明を省略する。実施例２に係る巻線装置は、上下別々の平角電線１ａ，１ｂがそれぞれ別個に納入され、別々の成形ローラ１３ａ，１３ｂにて角度を付けることで円弧状に成形されて、最後の段階である巻取部８において電線１ａ，１ｂが組み合されて重ね合わされてディスク巻きに積層されるので、２階建て方式と称することができる巻線装置である。

実施例２の巻線装置に関して、一例として、電線加工装置２ａ，２ｂを付加することができる。図５は巻線装置に採用される電線加工装置の概要を示す説明図、図６は図５に示す電線加工装置の詳細について示す説明図である。図６（ａ）は加工ローラの説明図、図６（ｂ）は平角状に成形された電線の断面図である。図５に示すように、例えば断面丸状の電線１１ａ，１１ｂを送り装置４によって加工ローラ５に強制的に送る込むことで、電線１１ａ，１１ｂを丸形状から潰して平角形状１１ｃに加工して成形することができる。なお、電線１ａ，１ｂ，１１ａ，１１ｂは樹脂、即ち、フィルム状のものを螺旋状に巻き付けることで被覆された電線、或いはエナメル層などの層で被覆された電線である。これらの電線はこうした被覆の状態で高い圧力（トンのオーダーの力）で圧延成形される。

図７はこの発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例３を示す全体概略図であり、上側（ａ）が平面図、下側（ｂ）が正面図である。図７に示す実施例３においては、上記した特許第３９９６００５号公報に示すようなディスク巻線機、即ち、電線ドラム３ａから送り装置１４を経て成形部６ａまでの系統と、電線ドラム３ｂから送り装置１４を経て成形部６ｂまでの系統とを、それぞれ平面レイアウトで２台以上配置し、各系統において成形部６ａ，６ｂでそれぞれ成形された電線を中央付近に配置されている巻取部８で重ね合わせてディスク巻き状に積層する巻線装置である。この巻線装置は、平面２台方式とも称すべき装置である。

実施例３においては、巻線装置は、図７に示すように、対面方向に送り装置１４、成形部６ａ，６ｂなどを配置する必要はなく、矢印９のＡ方向、Ｂ方向のどこでも良く、例えば、９０度のように互いに直交するように相互の干渉がなければどこでもよい。

図８，図９は本発明による変圧器用コイルの鳥瞰図である。電線が重ね合わせた状態１ｃで成形され、変圧器用コイル１５、１６が製作されており、高容量化が可能である。図８は、巻線状態が矩形のコイルであり、図９は巻線状態が円形のコイルである。これらの変圧器用コイルは、最後に全体をモールドされて、変圧器用モールドコイルとして製作される。

図１０，図１１は本発明による変圧器用コイルの鳥瞰図である。図１０は巻線状態が矩形のコイル１７を示す例であり、（ａ）はコイル１７を示す図、（ｂ）はコイル１７全体に施したモールドを透明な状態で示した図である。図１１は巻線状態が円形のコイル２１を示す例であり、（ａ）はコイル２１を示す図、（ｂ）はコイル２１全体に施したモールドを透明な状態で示した図である。図１０に示す例では、取り出す電圧を選択するために、取り出し位置に対応する途中のコイル部分から外側へ膨らませる張り出し部分１７ａ〜１７ｃ（長辺を持つ四角）に成形しておき、そこに端子となるタップ線１９ａ〜１９ｃを接続した状態で引き出しておく。図１１に示す例においても、取り出す電圧を選択するために、取り出し位置に対応する途中のコイル部分から外側へ膨らませる張り出し部分２１ａ〜２１ｃ（楕円）に成形しておき、そこに端子となるタップ線２３ａ〜２３ｃを接続した状態で引き出しておく。これらの変圧器用コイル１７，２１は、それぞれ、最後に全体をモールド１８，２２されて、変圧器用モールドコイルとして製作される。タップ線１９ａ〜１９ｃ、２３ａ〜２３ｃは、モールド１８，２２の外側に引き出されており、各電線の２本分の断面積と同じ断面積を有しており、例えば、銀ロウにて、コイルに溶接されている。

本発明はモールド変圧器において、電線を少なくとも２本以上組合せ成形しコイルを多段状に巻き線するため、コイルの電線断面積が増し、容量アップが図れる複数線多段コイル製作装置並びに変圧器に関する。

本発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例１を示す全体概略図。 図１に示す巻線装置の成形部を示す斜視図である。 本発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例２を示す全体概略図。 図３に示す巻線装置の成形部を示す斜視図。 図３に示す電線加工装置の概要を示す説明図、 図５に示す電線加工装置の詳細について示す説明図。 この発明による変圧器用多段コイルの巻線装置の実施例３を示す全体概略図。 本発明による変圧器用コイルの鳥瞰図。 本発明による別の変圧器用コイルの鳥瞰図。 本発明による別の変圧器用コイルの鳥瞰図。 本発明による更に別の変圧器用コイルの鳥瞰図。

符号の説明

１：平角電線 ２：電線加工装置
３：電線ドラム， ４：送り装置
５：成形ローラ ６：成形部（一体組合せ部）
７：成形ユニット ８：巻取部
１０：ガイドローラ １３：成形ローラ
１４：送り装置 １５：矩形コイル
１６：円形コイル １７：成形ローラ

Claims (12)

1. 複数本の平角電線を個別に又は重ねた状態で供給する供給部と、前記平角電線をディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分を圧延成形する成形部と、当該成形部で成形された前記平角電線をディスク巻きしながら積層する巻取部とを備えた変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記成形部は、同形状・同寸法の複数本の前記平角電線を個別に又は同時に成形し、
   前記巻取部は、成形された複数本の前記平角電線を上下に重ね合わせた状態でディスク巻きしながら積層する、
   ことを特徴とする変圧器用多段コイルの巻線装置。
2. 請求項１に記載の変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記成形部は前記平角電線を個別に又は重ねた状態で圧延成形し、
   前記巻取部は前記平角電線を上下２本重ね合わせた状態で同時にディスク巻きすること
   を特徴とする変圧器用多段コイルの巻線装置。
3. 請求項１に記載の変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記成形部は２本の前記平角電線を個別に圧延成形し、
   前記巻取部は個別に成形された２本の前記平角電線を上下２本重ね合わせた状態となるように別個にディスク巻きすること
   を特徴とする変圧器用多段コイルの巻線装置。
4. 請求項３に記載の変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記供給部と前記成形部とは、前記巻取部に対して、平面レイアウトで同方向又は異なる方向から接続する態様で２系統で配置されていること
   を特徴とする変圧器用多段コイルの巻線装置。
5. 請求項１に記載の変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記成形部は、前記供給部によって個別に送られた２本以上の前記平角電線を一体にするため、少なくとも２対以上のローラで前記平角電線を挟み込むことを特徴とする
   変圧器用多段コイルの巻線装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記成形部は、２本以上の前記平角電線を平角や丸線からのつぶしなどに加工する機能を備えていることを特徴とする
   変圧器用多段コイルの巻線装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の変圧器用多段コイルの巻線装置において、
   前記巻取部は、前記成形部から送り出される前記平角電線をディスク巻きする際に、落差による変形を少なくする手段を備えたことを特徴とする
   変圧器用多段コイルの巻線装置。
8. 個別又は重ねた状態で供給される複数本の平角電線をディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分を圧延成形し、圧延成形された前記平角電線をディスク巻きしながら積層する変圧器用多段コイルの巻線方法において、
   同形状・同寸法の複数本の前記平角電線を個別に又は同時に成形し、
   成形された複数本の前記平角電線を上下に重ね合わせた状態でディスク巻きしながら積層する、
   ことを特徴とする変圧器用多段コイルの巻線方法。
9. ディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分を圧延成形された複数本の前記平角電線を上下に重ね合わせた状態でディスク巻きしながら積層されて成る変圧器用多段コイル。
10. 請求項９に記載の変圧器用多段コイルにおいて、
    所定電圧取り出し用のタップ線が前記複数本の前記平角電線から個別に且つ電気的に接続された状態で引き出されている
    ことを特徴とする変圧器用多段コイル。
11. 請求項１〜７に記載された変圧器用多段コイルの巻線装置によって巻かれて成る変圧器用多段コイル。
12. 請求項８に記載された変圧器用多段コイルの巻線方法によって巻かれて成る変圧器用多段コイル。

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