JP2019029521A - 変圧器、静止誘導機器およびその巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁突入や短絡時に生じた機械力によって、巻線の第１の層の巻き終わり部と第２の層の巻き始め部との隙間に巻線が入り込みにくい静止誘導機器を提供する。【解決手段】鉄心と、前記鉄心の脚部に設けたコイルを備える静止誘導機器であって、前記コイルは、ボビンと、前記ボビンの端部に略１周に渡って形成した端当と、前記ボビンに螺旋状に巻き付けた巻線を備え、前記巻線は、下層に巻き回された第１の層の巻線と前記第１の層の上層に巻き回された第２の層の巻線からなり、前記端当は、一端に傾斜部を有し、前記第１の層の巻線の巻き回し方向と同様の方向に形成されており、前記第１の層の巻線は、前記端当の傾斜部に巻き回して乗り上げ、折り返して上層である第２の層の巻線を螺旋状に巻き付けたことを特徴とするものである。【選択図】 図２

Description

本発明は、変圧器などの静止誘導機器の巻線に関する。

例えば変圧器のコイル（巻線）は、仕様により規定された巻回数分、表面が絶縁された導体をボビンに巻き付けて製作する。巻回数が多くなり、１段に全てを巻き切れない場合には、数段に分けて重ねて巻き付ける。この段を「層」と呼ぶ。

導体の巻付方法は幾通りか存在するが、各層毎の導体の巻き始め位置が異なるＵ巻では、重ねて巻き付ける下層の巻き終わり位置と上層の巻き始め位置が同じとなり、両層の巻き付け方向が反対になる。特許文献１に導体の巻付方法の一例を示す。

特開昭５４−１１４７５３号公報

コイルの端部において、先に巻いた下層の巻き終りから次に巻く上層の巻き始めへ移行する。この移行を「段上り」と呼び、段上がりの際、下層の巻き終りの導体に上層の巻き始めの導体が交差しながら乗り上げる。そのため、導体間に隙間が生じる場合がある。

プレス作業や励磁突入・短絡時に発生する機械力により上層の巻き始めの導体がこの隙間に落込むと、交差した導体同士が圧迫し合い、導体を覆う絶縁に応力がかかり、破壊や層間短絡につながる恐れがある。段上がりの導体交差部にはフィルムを挿入し、絶縁補強をする場合があり、作業が複雑となる。

本発明の目的は、励磁突入や短絡時などに生じた機械力によって、巻線の第１の層の巻き終わり部と第２の層の巻き始め部との隙間に巻線が入り込みにくい静止誘導機器を提供するものである。

上記の課題を解決するための、本発明の「静止誘導機器」の一例を挙げるならば、
鉄心と、前記鉄心の脚部に設けたコイルを備える静止誘導機器であって、前記コイルは、ボビンと、前記ボビンの端部に略１周に渡って形成した端当と、前記ボビンに螺旋状に巻き付けた巻線を備え、前記巻線は、下層に巻き回された第１の層の巻線と前記第１の層の上層に巻き回された第２の層の巻線からなり、前記端当は、一端に傾斜部を有し、前記第１の層の巻線の巻き回し方向と同様の方向に形成されており、前記第１の層の巻線は、前記端当の傾斜部に巻き回して乗り上げ、折り返して上層である第２の層の巻線を螺旋状に巻き付けたことを特徴とするものである。

また、本発明の「静止誘導機器の巻線方法」の一例を挙げるならば、
鉄心と、前記鉄心の脚部に設けたコイルを備える静止誘導機器の巻線方法であって、ボビンに、下層である第１の層の巻線を螺旋状に巻き付けるステップと、前記ボビンの端部に、略１周に渡って、前記第１の層の巻き回し方向と同様の方向に、一端に傾斜部を有する端当を形成するステップと、前記第１の層の巻線を、前記端当の傾斜部に巻き回して乗り上げ、折り返して上層である第２の層の巻線を螺旋状に巻き付けるステップを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、励磁突入や短絡時などに生じた機械力によって、巻線の第１の層の巻き終わり部と第２の層の巻き始め部との隙間に巻線が入り込みにくい静止誘導機器を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

コイル（巻線）を有する変圧器中身の一例を示す図である。 実施例1に係るコイルの斜視図（端部に巻き付け中）である。 実施例1に係るコイルの斜視図（上層を巻き付け中）である。 実施例1に係る端当（絶縁部材）の構成例を示す図である。 実施例1に係る端当（絶縁部材）の段差構成例を示す図である。 実施例1に係る端当（絶縁部材）の他の段差構成例を示す図である。 従来のコイルの構成例を示す図である。

本発明の実施例を説明する前に、本発明が適用される変圧器の一例を説明する。図１に、三相三脚型の油入変圧器の中身を示す。変圧器中身は、長方形のリング状の内鉄心２ａを２つ並べて配置し、内鉄心２ａの外側を囲むように外鉄心２ｂを配置して変圧器鉄心を構成する。そして、変圧器鉄心の３つの脚部に、それぞれコイル１を設ける。油入変圧器では、変圧器中身は、図示していないタンクに入れられ、タンクには絶縁油が満たされる。なお、本発明は、油入変圧器に限らず、モールド型変圧器にも適用でき、更にはリアクトル装置を含む静止誘導機器全般に適用できる。

図７に、従来のボビン端部での巻線の巻き回し構成の一例を示す。図７（ａ）は巻線の端部付近の斜視図であり、図７（ｂ）はその上面図である。図７の従来技術においては、ボビン１０の端部に、展開した際に長方形となる、巻線の広がりを防ぐためのストッパとなる端当１１０が設けられている。端当１１０は、巻線の端面に沿って、端面交差部１５０で端当１１０の一方の短辺と他方の対面の短辺とが突き合わされるように巻き回して取り付けられている。ボビン１０の端部で、巻線の下層である第１の層の巻終りの導体から上層である第２の層の巻始めの導体へ移行する際、第１の層の巻終りの導体に第２の層の巻始めの導体が交差しながら乗り上げる。そのため、下層の導体と上層の導体間に隙間１４０が生じる場合がある。

プレス作業や励磁突入・短絡時に発生する機械力により上層の巻始めの導体が前述した隙間に落込むと、交差した導体同士が圧迫し合い、導体の表面の絶縁に応力がかかり破壊、層間短絡につながる恐れがある。

本発明はこの課題を解決するもので、以下に本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の構成要素にはなるべく同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

図２〜６に、本発明の実施例１の説明図を示す。図２は、本発明の実施例１の、ボビンの端部付近の巻線の巻き付け構造を示す斜視図である。コイルはボビン１０に、表面が絶縁された導体１００を規定の巻回数まで螺旋状に巻き回して製作する。図では、下から上に向かって第１の層の導体を螺旋状に巻き回している。巻回数が多くなり、ボビンの端部まで巻き終わると、折り返して上層である第２の層を巻き付ける。この状態を図３に示している。下層である第１の層の導体１００ａの上には絶縁補強のためのシート２０を挿入して、シート２０の上に上層である第２の層の導体１００ｂを巻き回す。ボビン１０の端部には、導体がボビンの軸方向に広がってボビン１０から外れることを防ぐために、絶縁物のストッパを設けており、これを端当１１０と呼ぶ。

図４に端当の形成方法を示す。図４（ａ）に示す、展開した際に長方形となる端当部材１１０aは一端に貼り付け部１１５aを有しており、第１の層の巻き回しが終わった導体に端当の長辺が沿う位置で、導体と同様の方向にシート２０へ螺旋状に貼り付ける。また、図４（ｂ）に示す端当部材１１０ｂは、端当部材１１０ａの上の層に配置されており、その貼り付け部１１５ｂは下層の貼り付け部１１５ａを超えた位置でシート部材２０に貼り付けられる。また、図４（ｃ）に示す端当部材１１０ｃは、端当部材１１０ｂの上の層に配置されており、貼り付け部１１５ｃは下層の貼り付け部１１５ｂを超えた位置でシート部材２０に貼り付けられる。そして、図４（ｄ）に示す端当部材１１０ｄは、端当部材１１０ｃの上の層に配置されており、その貼り付け部１１５ｄは下層の貼り付け部１１５ｃを超えた位置でシート部材２０に貼り付けられる。さらに、同様に端当部材の貼り付けを繰返し、規定厚さの端当１１０に成形する。

図５には、図４の方法で製作した端当１１０をシート部材２０へ貼り付けた断面図を示す。端当部材１１０ａは貼り付け部１１５ａを有し、貼り付け部１１５ａはシート部材２０に貼り付けられる。また、端当部材１１０ｂは、端当部材１１０ａの上の層に配置されており、貼り付け部１１５ｂは貼り付け部１１５ａを超えた位置でシート部材２０に貼り付けられる。貼り付け部１１５ｂが貼り付け部１１５ａを超える部分が階段を構成する。前述のように貼り付けを繰返し最後に最上の端当部材１１０gを、貼り付け部１１５ｇでシート部材２０へ貼り付ける。シート部材２０への貼り付け部１１５の貼り付け位置を変えていくことにより、階段を構成し、厚さが変化する端当の傾斜部(スロープ形状部)１１６を形成する。

図２に示すように、この端当の傾斜部（スロープ形状部）１１６に導体１００が巻き回されることで、導体が下層である第１の層を乗り越えて上層である第２の層を形成する。下層である第１の層の上には、絶縁性のシート２０を巻き付け、その上に上層である第２の層の導体が巻き付けられる。その際に、第１の層の巻き終り導体と、端当の傾斜部（スロープ形状部）１１６に形成した最上層の端当部材１１０ｇをシート２０に同時に巻き上げることで、第２の層の巻始めが規定回数まで導体を巻き回すことと同時にコイル端面に沿いながら、端当を一枚で規定厚さまで巻線作業と同時に巻くことが可能となる。

本実施例の巻線方法は、次の通りである。
ボビン１０に、下層である第１の層の巻線１００ａを螺旋状に巻き付ける。
ボビン１０の端部に、略１周に渡って、第１の層の巻線の巻き回し方向と同様の方向に、一端に傾斜部１１６を有する端当１１０を形成する。
前記第１の層の巻線１００ａを、端当の傾斜部１１６に巻き回して乗り上げ、折り返して上層である第２の層の巻線１００ｂを螺旋状に巻き付ける。

傾斜部１１６を有する端当１１０を形成する際は、複数の端当部材１１０ａ〜１１０ｇを積層して貼り付けるものであり、例えば、上層の端当部材の貼り付け位置を、下層の端当部材の貼り付け位置を超える位置として、前記傾斜部を形成する。

また、端当を形成する際に、最上層の端当部材１１０ｇの下側にシート２０を配置し、シート２０の上に最上層の端当部材１１０ｇを巻き付ける。このとき、最上層の端当部材１１０ｇの巻き付けと同時に、第２の層の巻線１００ｂを巻き付けても良い。

図６に、端当１１０の変形例を示す。端当部材１１０ａは貼り付け部１１５ａを有し、貼り付け部１１５ａはシート部材２０に貼り付けられる。また、端当部材１１０ｂは、端当部材１１０ａの上の層に配置されており、貼り付け部１１５ｂは貼り付け部１１５ａよりも短い端当部材１１０ａに重なる位置で端当部材１１０ａに貼り付けられる。貼り付け部１１５ｂが貼り付け部１１５ａよりも短い部分が階段を構成する。このように貼り付け部の位置を変えて貼り付けを繰返し、最後に最上の端当１１０gを、貼り付け部１１５ｇで貼り付ける。貼り付け部の貼り付け位置を変えていくことにより、階段を構成し、厚さが変化する端当の傾斜部１１６を形成することができる。

なお、本実施例では、変圧器に適用した例を説明したが、本発明は、リアクトル装置を含む静止誘導機器全般に適用することができる。

本実施例によれば、展開した際に長方形となる端当部材１１０ａ〜１１０ｇを螺旋状に複数枚巻き回して傾斜部（スロープ形状部）１１６を有する形状とすることで、導体１００をボビン１０に巻き回ししながら端当１１０を形成できる。そして、第１の層の巻き終りから第２の層の巻き始めへ導体が傾斜部（スロープ形状部）の上に巻き回されて乗り上げ可能となるため、作業が複雑な第１の層の巻終りと第２の層の巻始めの導体間に生じる隙間１４０を埋める段上り絶縁補強が不要となる。

また、第１の層の巻き終り導体と傾斜部（スロープ形状部）１１６に形成した端当部材１１０ｇをシート２０に同時に上げることで、導体表面の絶縁を傷つけないため、信頼性を向上できる。

また、第２の層の巻始めが規定回数まで導体を巻き回すことと同時に、第２の層の巻始め側において端当の長辺がコイル端面に沿って、導体が上下方向に広がることを防ぐための端当を一枚で規定厚さまで巻くことが可能となり、コイル端面強度の確保および作業簡素化による安価な静止誘導機器のコイルが製作可能となる。

１ コイル
２ａ 内鉄心
２ｂ 外鉄心
１０ ボビン
２０ シート
１００ 導体
１００ａ 第１層の導体
１００ｂ 第２層の導体
１１０ 端当
１１０ａ〜１１０ｇ 端当部材
１１５ａ〜１１５ｂ 貼り付け部
１１６ 端当の傾斜部（スロープ形状部）
１２０ 端当交差部
１４０ 従来構造の導体間隙間
１５０ 端当短辺の端面交差部

Claims (10)

1. 鉄心と、前記鉄心の脚部に設けたコイルを備える静止誘導機器であって、
   前記コイルは、ボビンと、前記ボビンの端部に略１周に渡って形成した端当と、前記ボビンに螺旋状に巻き付けた巻線を備え、
   前記巻線は、下層に巻き回された第１の層の巻線と前記第１の層の上層に巻き回された第２の層の巻線からなり、
   前記端当は、一端に傾斜部を有し、前記第１の層の巻線の巻き回し方向と同様の方向に形成されており、
   前記第１の層の巻線は、前記端当の傾斜部に巻き回して乗り上げ、折り返して上層である第２の層の巻線を螺旋状に巻き付けたことを特徴とする静止誘導機器。
2. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記端当は、複数の端当部材を積層したものであり、
   上層の端当部材の貼り付け位置を、下層の端当部材の貼り付け位置を超える位置とすることで、前記傾斜部を形成したことを特徴とする静止誘導機器。
3. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記端当は、複数の端当部材を積層したものであり、
   上層の端当部材の貼り付け位置を、下層の端当部材の貼り付け位置よりも短い位置とすることで、前記傾斜部を形成したことを特徴とする静止誘導機器。
4. 請求項２または請求項３に記載の静止誘導機器において、
   前記端当の、最上層の端当部材の下側に絶縁性のシートを配置し、前記シートの上に前記最上層の端当部材を巻き付けたことを特徴とする静止誘導機器。
5. 請求項１に記載の静止誘導機器は、変圧器またはリアクトル装置である静止誘導機器。
6. ボビンに導体が巻き回された巻線を有し、前記巻線のうち第１の層と前記第１の層に巻き回された第２の層とを有する巻線を有する変圧器であって、
   前記第２の層は、前記導体が前記第１の層の巻き終わり部に前記第１の層の巻き終わり部の導体の角度とは異なって交差する第２の層の巻き始め部を有しており、前記ボビンの端面には、展開した際に長方形となる絶縁部材が巻き回されており、
   前記絶縁部材は、第１の短辺と前記第１の短辺と対向する第２の短辺と第１の長辺と前記第１の長辺と対向する第２の長辺を有し、前記第１の長辺の前記第１の短辺側が前記絶縁部材の端面に接触し、さらに、前記第１の長辺の前記第２の短辺側と前記第２の長辺の前記第１の短辺側が接触しており、
   前記絶縁部材は複数層有しており、前記第２の短辺の端面から中央部に向かってスロープ形状部を有し、
   前記第１の層の巻き終わり部または第２の層の巻き始め部は、前記スロープ形状部の上に配置されたことを特徴とする変圧器。
7. 鉄心と、前記鉄心の脚部に設けたコイルを備える静止誘導機器の巻線方法であって、
   ボビンに、下層である第１の層の巻線を螺旋状に巻き付けるステップと、
   前記ボビンの端部に、略１周に渡って、前記第１の層の巻き回し方向と同様の方向に、一端に傾斜部を有する端当を形成するステップと、
   前記第１の層の巻線を、前記端当の傾斜部に巻き回して乗り上げ、折り返して上層である第２の層の巻線を螺旋状に巻き付けるステップを備えることを特徴とする静止誘導機器の巻線方法。
8. 請求項７に記載の静止誘導機器の巻線方法において、
   前記傾斜部を有する端当を形成するステップは、複数の端当部材を積層して貼り付けるものであり、上層の端当部材の貼り付け位置を、下層の端当部材の貼り付け位置を超える位置として、前記傾斜部を形成することを特徴とする静止誘導機器の巻線方法。
9. 請求項７に記載の静止誘導機器の巻線方法において、
   前記傾斜部を有する端当を形成するステップは、複数の端当部材を積層して貼り付けるものであり、
   上層の端当部材の貼り付け位置を、下層の端当部材の貼り付け位置よりも短い位置として、前記傾斜部を形成することを特徴とする静止誘導機器の巻線方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の静止誘導機器の巻線方法において、
    前記端当の、最上層の端当部材の下側にシートを配置し、該シートの上に最上層の端当部材を巻き付けることを特徴とする静止誘導機器の巻線方法。

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