JP2012524388A - 巻線および巻線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 一体形コイルの製造を保証する巻線および巻線の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、巻線状の電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有する巻線１であって、その電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが電気絶縁体４ａ、４ｂ、４ｃによって互いに電気的に絶縁された巻線１およびその製造方法に関するものである。本発明に係る巻線１は、電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ同士を電気的に絶縁して配置された複数の支持体２を用い、それらを繋ぎ合わせるなどして、一繋がりのコイルの形に製造される。その支持体２は、特に円筒状スパイラルのような螺旋状に形成され、これにより、巻線１は、実質的にいわゆるエンドレスな一繋がりのコイルとして製造することが、つまりいわゆる一体製造が、可能となる。なお、一つの支持体２上で、電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの断面積および／または幅を、局所的に異ならせるようにしてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気絶縁体を有する電気導体が巻き付けられた巻線に関する。さらに、本発明は、巻線の製造方法に関する。

高電圧網用の注形樹脂変圧器または分配変圧器としての、電力用変圧器の製造は、多大な労力および経費を要するプロセスである。特に、低・高電圧巻線用のコイル巻線は、現在のところ、経費を要する多数の作業工程によってのみ可能である。このため、巻線機にワイヤを巻き付けた部分巻線が、必要な巻線直径に達するまで巻き付けられる。続いて、このように製造された部分巻線が、例えば特許文献１に記載されているように、高・低電圧巻線として、相応する接続部材によって相互に接続される。

同様に、特許文献２には、鉄心とコイルとを有し、導体の軸方向寸法がコイルの高さに相当し、各コイルの全ターンが直列に接続され、コイルごとのターン数が巻線の中心から端部に向かって減少するようにした大電流変圧器用の巻線装置が記載されている。

さらに、特許文献３には、板状コイルが多数のターンを有し、直列接続された部分導体がコア脚に対する同一半径方向平面上にあるようにされた大電流変圧器が記載されている。

同様に、特許文献４には、極めて高い磁界強さを有する均質磁界の発生装置が記載されている。電流が反対方向に貫流されるように並列配置された２つのグループの導体によって均質磁界を発生する装置の外側空間に漏洩磁束が存在することになるので、その外側の磁界は実質的に減少されることとなる。

同様に、特許文献５には、大電流避雷器を備えた巻線が記載されている。

電気巻線を一体に製造できれば、それによって、部分巻線間にスペースが生じることを避けることができるので、望ましいことである。

独国特許第１９０９５７２Ｃ２号公報 独国特許第２６０９５４８Ｃ２号公報 独国特許出願公報第３２１４１７１Ａ１号明細書 独国特許第１５３９６２３号公報 独国特許第２４５７４８Ａ１号公報

本発明の課題は、一体形コイルの製造を保証する巻線および巻線の製造方法を提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有する巻線によって解決される。

さらに、上記の課題は、請求項１１による方法によって解決される。

本発明によれば、支持体に少なくとも２つの電気導体が配置されており、それらの電気導体は互いに絶縁されており、かつ、それらの支持体は一繋がりの巻線状を成している。それらの支持体は、１つの装置による加工によって一繋がりの導体帯に形を変えられ、そのように加工された一繋がりの支持体帯によって完成した巻線の半径が確保される。このようにして、１つの巻線を、連続する一体コイルとして製造することが可能となるので、通常必要とされるコイルの部分巻線の電気接続が不要になる。これにより、有利なことに、それら個々の巻線間の電圧負荷が減少されて最小となるので、特に高電圧耐性を具備した巻線を製造することが可能となる。

同様に、これにより、過去に必要であった電気導体の巻き付け、例えば銅またはアルミニウムワイヤ、またそれに続く大抵は著しい労力を要する電気導体の巻線体への巻き付けが、不要となる。電気導体を支持体上に互いに関連付けて配置することが可能となることによって、電圧負荷および電気導体同士の電気的相互作用を極めて精確なものとすることが可能となる。

巻線の有利な実施形態では、支持体は、円筒状スパイラルの形で螺旋もしくはヘリックスとして形成され、これにより、電気導体の一体製造が保証される。まさにその支持体の螺旋形状によって、相応のコイルを実質的にエンドレスな方法で製造することが保証されるので、巻線の種々の半径および／または軸方向の広がりのみが巻線製造時の唯一の模倣的な要素となる。

支持体要素は、１層の板として形成され、この支持体要素が凹所および／または接続要素によって他の支持体要素と組み合わされて、１つの支持体として形成されるようにすると有利である。複数の支持体要素からなる支持体のモジュラー構造に基づいて、この製造プロセスの枠内で、迅速にかつ簡単に１つの支持体を形成することができる。

巻線の有利な実施態様においては、支持体は、レーザ技術的処理によって、導電領域では電気導体として、電気絶縁領域では絶縁体として、分割されることが可能となる。さらに、支持体は、メッキ処理によって、導電領域では電気導体として、電気絶縁領域では絶縁体として、分割されることが可能となる。従って、レーザ技術的および／またはメッキ処理によって、個々の導電区域および電気絶縁区域が画定され、これにより、支持体上における相応の１つの巻線を設計することが可能となる。この場合に必要な作業および処理方法は、導電領域および電気絶縁領域の簡単にして一定の製造を保証する。また、導電および／または非導電区域を形成するべく支持体に機械的処理を施すという代替法も可能である。

さらに、支持体中に導電材料特にカーボンナノチューブを装入するために凹所を設けて、導電材料に電気導体を画定せしめるようにすると有利である。導電材料を予め支持体中の一定の凹所に装入することによって、迅速にして簡単に電気導体路を画定し製造することが可能となる。支持体の個々のセグメント間の十分な絶縁性を保証するために、支持体の個々のセグメント間に絶縁箔を、製造工程中に装入することができる。

巻線もしくは支持体の種々のセグメントに生じ得る異なった電圧負荷を平衡するために、支持体上の電気導体の幅および／または断面積を局所的に変化させることが行われる。電気導体の幅および／または断面積の変化により、電気負荷、特に電圧過負荷は、構造上の処置によって補償することができる。同様に、巻線および／または支持体の内部における熱の発生に基づき、巻線の一定のセグメントにおける導体の数および／または寸法を変化すれば、巻線中のほぼ等しい熱負荷が保証される。断面積が固定されている従来の電気導体では、このような技術的製造形態は、不可能である。

電気導体は、支持体上に相互に並列に配置される。さらに、支持体を電気絶縁材料から作ると有利である。

本発明によれば、同様に、巻線の製造方法が提供されるが、この方法では少なくとも２つの電気導体が１つの支持体上に配置され、電気導体は相互に絶縁され、そして支持体は曲がった形に変形される。支持体は、円筒状スパイラルの形に形成されるが、このようにして形成された螺旋形の半径が巻線の半径に相応するようにすることは、さらに有効である。

他の有利な実施態様は、従属請求項から明らかである。本発明を幾つかの実施例に基づいて、図面において詳細に説明する。

巻線の斜視図である。 ４つの電気導体を有する支持体の平面図である。 ２つの支持体セグメントからなる支持体の平面図である。 螺旋形の支持体の斜視図である。

図１は、巻線１の斜視図である。この図１に示す例では、支持体２の上に、電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ（図示せず）、および少なくとも部分的に電気絶縁体４ａ、４ｂ、４ｃが、設けられている。支持体２は、一繋がりの巻線状を成しており、その半径は、巻線１の半径に相当している。電気絶縁体４ａ、４ｂ、４ｃは、図１に示した例では、注形樹脂外套部５によって保証される。この場合、支持体２上に、相応の電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを配置し、次の製造工程で、相応の注形樹脂外套部５が支持体２を完全に包囲するようにすることができる。注形樹脂外套部５の電気絶縁性に基づけば、その注形樹脂外套部が、電気絶縁体４ａ、４ｂ、４ｃの機能を満たす。

図２は、４つの電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有する支持体２の平面図である。支持体２上において、各電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの間に、電気絶縁体４ａ、４ｂ、４ｃが配置される。また、電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、絶縁材料からなる支持体２の上に設けられるようにすることが可能である。その場合、導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ間の空白部は、自動的に電気的に絶縁されて、相応の絶縁領域４ａ、４ｂ、４ｃを有することになる。同様に、支持体２を導電性材料からなるものとし、的確な作業方法によって、個々の導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ間の区域に電気絶縁特性を付与してそれらを電気絶縁体４ａ、４ｂ、４ｃとする、ということも可能である。

図３には、２つの支持体要素６ａ、６ｂからなる支持体２の平面図が示されている。支持体２は、互いに並列に配置された２つの電気導体３ａ、３ｂを有し、その電気導体３ａ、３ｂの間には、電気絶縁体４ａが配置される。支持体２は、２つの支持体要素６ａ、６ｂからなり、これらは相応の接続要素７ａ、７ｂによって、１つの支持体に組み立てられる。接続要素７ａ、７ｂは、特に、簡単で堅牢で永久的な接続を保証する形状を有する。特に、互いに相対応する形状、例えば燕尾形接続が、これに含まれる。ねじ止めや溶接などの従来型の接続手段も、上述の接続要素７ａ、７ｂに適用可能である。また、支持体２の各円形セグメントを形成し、これらがそれぞれ上もしくは下に配置された支持体２の別の支持体セグメントに対して垂直方向における接続を有するようにすることもできる。さらに、支持体要素６ａ、６ｂによって支持体２が円筒状スパイラルとなるように設計して、実質的にエンドレスな巻線１を製造することも可能である。

図４には、螺旋形の支持体２の斜視図が示されている。有利なことに、支持体のこの形状によって、実質的にエンドレスな長いコイルを設計することができる。これにより、巻線１を、個々に独立した相応の部分巻線によって製造することが可能となるので、その製造プロセスが顕著に促進されて、価格的に有利になる。

本発明の方法によれば、巻線１を連続的な一体のコイルとして製造できるという利点が得られる。これにより、巻線１を製造するのに極めて煩雑であった個々のコイルもしくは部分巻線の製造が、不要になる。その必要であった電気接続は、対応する巻線１の出力特性に負の影響を与えていたのであった。さらに、ラジアル冷却チャネルも省略できるので、従来の巻線と比較して、より小さな巻線１が保証される。さらに、巻線１全体の内部において個々の巻線セグメント間に生じ得る電圧負荷を計算でき、それにより、高電圧負荷が要請される箇所に相応の巻線技術的処置を施すことの必要性を、完全に回避することが可能となる。このようにして、特に、支持体上の電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの案内および電気導体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの幅および／または断面積を的確に変えることができ、それにより、電圧負荷を製造技術的に最小限にすることができる。斯くして、従来公知のものよりも試験電圧にさらに耐え得る巻線１の製造が、可能となる。

１ 巻線
２ 支持体
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 電気導体
４ａ、４ｂ、４ｃ 電気絶縁体
５ 注形樹脂外套部
６ａ、６ｂ 支持体要素
７ａ、７ｂ 接続要素
８ 凹所

Claims (13)

1. 巻線状の電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を有する巻線（１）であって、前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が少なくとも部分的に電気絶縁体（４ａ、４ｂ、４ｃ）を有する巻線（１）において、
   支持体（２）上に、少なくとも２つの電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が配置されており、当該電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は互いに絶縁されており、かつ前記支持体（２）は一繋がりの巻線状を成している
   ことを特徴とする巻線。
2. 前記支持体（２）が、円筒状スパイラルの形に形成され、これにより、前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の一体製造を保証するようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の巻線。
3. 前記支持体要素（６ａ、６ｂ）が個々の板体として形成されており、当該支持体要素（６ａ、６ｂ）が凹所および／または接続要素（７ａ、７ｂ）によって他の支持体要素（６ａ、６ｂ）と組み合わされて、一繋がりの支持体（２）を成している
   ことを特徴とする請求項１または２記載の巻線。
4. 前記支持体（２）が、レーザ技術処理によって、導電領域では電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）として、かつ電気絶縁領域では絶縁体（４ａ、４ｂ、４ｃ）として、分割されている
   ことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の巻線。
5. 前記支持体（２）が、メッキ処理によって、導電領域では電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）として、電気絶縁領域では絶縁体（４ａ、４ｂ、４ｃ）として、分割されている
   ことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の巻線。
6. 前記支持体（２）に、導電材料、特にカーボンナノチューブを装入するための凹所（８）が設けられていて、前記導電材料が前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を画定するようにした
   ことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の巻線。
7. 前記支持体（２）の個々のセグメント間に、絶縁箔が、製造工程中に装入される
   ことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の巻線。
8. 前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の幅および／または断面積が、局所的に異なったものとなるようにした
   ことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の巻線。
9. 前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が、前記支持体（２）上に、互いに並列に配置された
   ことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の巻線。
10. 前記支持体（２）が、電気絶縁材料からなるものである
    ことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の巻線。
11. 巻線状の電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を有する巻線（１）の製造方法であって、前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）が少なくとも部分的に電気絶縁体（４ａ、４ｂ、４ｃ）を有する巻線（１）の製造方法において、
    少なくとも２つの前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を支持体（２）上に配置し、前記電気導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を相互に絶縁し、前記支持体（２）を一繋がりの巻線状に変形する
    ことを特徴とする巻線の製造方法。
12. 前記支持体（２）を円筒状スパイラルの形に形成し、前記円筒状スパイラルの半径を前記巻線（１）の半径に相応したものとする
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 請求項１から１０の１つに記載の巻線（１）を製造するための、請求項１１または１２記載の方法。

Images