JP4003445B2

JP4003445B2 - モールドコイル及びモールド変圧器

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Publication number: JP4003445B2
Application number: JP2001353940A
Authority: JP
Inventors: 賢二池田; 具巳伊豆名; 朋宏海津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003158018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモールドコイルに係り、特に、導体及び導体同士の層間を異なる絶縁有機フィルムで絶縁したモールドコイル及びモールド変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導体や層間絶縁物等から構成される巻線をエポキシ樹脂組成物でモールドしたモールドコイルは、主にモールド変圧器用として広く適用されている。従来の巻線やモールドコイルは特開平8−236384号公報、特開平8−191023号公報や特開平7-14725号公報などに開示されるように、導体の絶縁物や導体同士の層間絶縁物として、例えばポリエチレンナフタレートフィルム(以下ＰＥＮフィルムとする)やポリエチレンテレフタレートフィルム(本発明のオリゴマー分量を0.8重量％以下に調整したポリエチレンテレフタレートフィルムと区別するため、以下従来ＰＥＴフィルムとする)、ポリエチレンサルファイドフィルム(以下ＰＰＳフィルムとする)等を少なくとも1層巻回した後、エポキシ樹脂組成物を注型硬化する構成にて作製される。さらに、変圧器稼働時の加熱による負荷や短絡時の電磁力による負荷などを十分考慮して、単一の絶縁有機フィルムを複数枚ラップ巻きする方法で絶縁補強している場合もある。また、前記公報は導体や導体同士の層間などの絶縁材料として、従来ＰＥＴフィルムあるいはＰＥＮフィルムを単独で用いる構成が開示されているのみであり、本発明のオリゴマー分量を0.8重量％以下に低減したＰＥＴフィルム(以下低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとする)とＰＥＮフィルムを導体や導体同士の層間などに重ねて使用する構成の記載は無い。ところで、公知の上市されている絶縁有機フィルムとしては、従来ＰＥＴフィルム、低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、ＰＥＮフィルム、ＰＰＳフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリイミドフィルムなどがあり、モールド変圧器の容量や最高使用温度といった機種毎の仕様に応じて選択されている。これらの絶縁有機フィルムの中でも、特にコスト面から安価である従来ＰＥＴフィルムを適用する構成が多いが、他の絶縁有機フィルムに比べると耐熱寿命が劣るために、最高使用温度が低く(電気学会電気規格調査会標準規格で定められる耐熱クラスＢ種以下)負荷が小さいモールド変圧器に適用されている。一方、前述より高い使用温度で稼働可能なモールド変圧器を作製する構成には、耐熱寿命など性能面を考慮して従来ＰＥＴフィルムより耐熱寿命が優れるＰＥＮフィルムを適用している。しかし、ＰＥＮフィルムは従来ＰＥＴフィルムよりコストが格段に割高になるデメリットがある。このように、従来の構成ではモールド変圧器の絶縁性能維持と低コスト化の両立が難しかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はモールドコイルの導体の絶縁物及び導体同士の層間の絶縁物として、安価な絶縁有機フィルムを適用して絶縁性能維持と低コスト化を両立したモールドコイル及びそれを用いたモールド変圧器を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はモールドコイルの導体の絶縁物及び導体同士の層間の絶縁物として、低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムを併用することにより、モールドコイルの絶縁性能維持と低コスト化を両立することができた。すなわち、ボビンの外周に絶縁有機物で被覆した導体を巻回し、前記導体同士の層間に層間絶縁有機フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムとポリエチレンナフタレートフィルムとを少なくとも1層づつ介在するように巻回した巻線に、エポキシ樹脂組成物を注型後に硬化して形成するモールドコイルにおいて、該ポリエチレンテレフタレートフィルムはオリゴマー分量が0.8重量％以下であることを特徴とする。ボビンの外周に絶縁有機フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムとポリエチレンナフタレートフィルムとで被覆した導体を巻回し、前記導体同士の層間に層間絶縁有機フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムとポリエチレンナフタレートフィルムとを少なくとも1層づつ介在するように巻回した巻線に、エポキシ樹脂組成物を注型後に硬化して形成するモールドコイルにおいて、該絶縁有機フィルムないし該層間絶縁有機フィルムの該ポリエチレンテレフタレートフィルムはオリゴマー分量が0.8重量％以下であることを特徴とする。さらに、上記構成のモールドコイルを低電圧モールドコイル及び高電圧モールドコイルの少なくとも一方に適用したモールド変圧器とすることにより達成することができた。
【０００５】
モールドコイルの導体の絶縁物及び導体同士の層間の絶縁物の少なくとも一方に、少なくとも1層巻回(介在)される低オリゴマー化ＰＥＴフィルムは、前記低オリゴマー化ＰＥＴフィルム中に含まれるオリゴマー成分を0.8重量％以下にした絶縁有機フィルムであり、従来ＰＥＴフィルムの機械的強度や電気絶縁性能を維持しながら耐熱寿命を向上させた二軸延伸絶縁有機フィルムである。この低オリゴマー化ＰＥＴフィルムが従来ＰＥＴフィルムに比べて耐熱寿命や耐加水分解性が向上している点や、割高なＰＥＮフィルムに比べて大幅に安価である点に着目し、従来技術のように導体や導体同士の層間にＰＥＮフィルムを複数枚重ねてラップ巻きする場合に、ＰＥＮフィルムの一部を低オリゴマー化ＰＥＴフィルムに代替し、低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムとを併用して巻回すことで、モールドコイルが従来より安価に作製できる効果が得られる上、従来並みの耐熱寿命や絶縁性能等が期待できる。
【０００６】
また、低オリゴマー化ＰＥＴフィルムはリサイクル時の取り扱いが従来ＰＥＴフィルムと同様であるため、ＰＥＮフィルムの一部を低オリゴマー化ＰＥＴフィルムに代替することによって、製造時の残材などを容易にリサイクルできる二次的利点も得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に示すモールドコイルを以下に説明する。図１は本発明の請求項1記載のモールドコイルを一部断面とした斜視図である。1は低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2はＰＥＮフィルム、3は絶縁有機物で被覆した導体、4はエポキシ樹脂組成物、8はボビンである。本発明の請求項1記載のモールドコイルは、ボビン8の外周に絶縁有機物で被覆した導体3と、前記導体同士の層間に層間絶縁有機フィルムを介在するように交互に巻回した巻線に、エポキシ樹脂組成物を注型硬化した構成とし、前記層間絶縁有機フィルムに低オリゴマー化ＰＥＴフィルム1とＰＥＮフィルム2とを該導体同士の層間に順序に関係なく少なくとも1層づつ介在することが特徴である。さらに、図２は本発明の請求項2記載のモールドコイルを一部断面とした斜視図である。1は低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2はＰＥＮフィルム、4はエポキシ樹脂組成物、5は低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムとで被覆した導体、8はボビン、23はアルミ導体である。本発明の請求項2記載のモールドコイルは、ボビン8の外周に絶縁有機フィルムで被覆した導体5と、前記導体同士の層間に層間絶縁有機フィルムを介在するように交互に巻回した巻線に、エポキシ樹脂組成物を注型硬化した構成とし、前記絶縁有機フィルムとして低オリゴマー化ＰＥＴフィルム1とＰＥＮフィルム2とをアルミ導体23に順序に関係なく少なくとも1層づつ巻回すこと及び層間絶縁有機フィルムとして低オリゴマー化ＰＥＴフィルム1とＰＥＮフィルム2とを該導体同士の層間に順序に関係なく少なくとも1層づつ介在することが特徴である。上述した構成により、これまでの耐熱寿命や電気絶縁性能を維持すると共に大幅に低コストなモールドコイルが作製できる。さらに低オリゴマー化ＰＥＴフィルムはリサイクル時の取り扱いが従来ＰＥＴフィルムと同様であるため、製造時の残材などをＰＥＮフィルムより容易にリサイクルできる二次的利点がある。また、上述のモールドコイルをモールド変圧器に適用することによって、同様に従来の絶縁性能を維持できる上、低価格でモールド変圧器を提供可能である。
【０００８】
本発明に記載した低オリゴマー化ＰＥＴフィルムのオリゴマー分量は0.8重量％以下であることが好ましく、従来ＰＥＴフィルムのようにオリゴマー分量が0.8重量％より多くなると、本発明に示す耐熱寿命や絶縁性能の効果が得られにくい。
【０００９】
本発明に使用されるエポキシ樹脂組成物は、少なくともエポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、無機充填剤及び硬化促進剤の各成分を混合攪拌して構成され、公知の化合物を適宜選択して使用可能である。
【００１０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
本発明に示すモールドコイル(3相100kVA級)を作製した例について説明する。図３は本実施例1のモールドコイル用に作製した巻線である。1は低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2はＰＥＮフィルム、3は絶縁有機物で被覆した導体、8はボビン、9は外周絶縁物、10は巻線機、11は巻芯、12はフランジである。巻線は巻線機10に巻芯11とフランジ12を装着後、ボビン8の一方の端部がフランジ12に密着するようにセットし、絶縁有機物で被覆した導体3と層間絶縁有機フィルムとしてオリゴマー分量が0.6重量％の低オリゴマー化ＰＥＴフィルム1［東レ社製：商品名ルミラーX10S］とＰＥＮフィルム2［帝人社製：商品名テオネックス］を所定層巻回した後、その外周側に外周絶縁物9の一方の端部がフランジ12に密着するようにして一層巻回して作製した。次いで、前記巻線を用いて本実施例1のモールドコイルを作製した。図４に本実施例1のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図を示す。1は低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2はＰＥＮフィルム、3は絶縁有機物で被覆した導体、4はエポキシ樹脂組成物、8はボビン、9は外周絶縁物、11は巻芯、12はフランジである。上記で作製した巻線を巻線機より取り外し、170℃で4時間加熱して巻線の乾燥と外周絶縁物9の硬化を行う。その後、上記巻線にエポキシ樹脂組成物4(エポキシ樹脂/酸無水物硬化剤/硬化促進剤/結晶質シリカから構成)を含浸注入し、100℃・5時間で加熱硬化した後に巻芯11とフランジ12を取り外し、更に170℃・7時間の加熱硬化後、約12時間かけて室温まで冷却して本実施例1のモールドコイルを作製した。
【００１１】
本実施例1のモールドコイルは190℃において加熱劣化を400ｈ［ＪＥＣ-6147に基づいた試験により耐熱クラスがＦ種(155℃)を満たす時間］行った後、耐電圧試験を実施した。その結果、導体の層間絶縁有機フィルムの一部に低オリゴマー化ＰＥＴを適用したことにより、耐電圧が後述する比較例１より高い8kV(定格電圧6kV)と良好であった。
（実施例２）
実施例１と同様な作製方法で層間絶縁有機フィルムのうち、低オリゴマー化ＰＥＴフィルムをオリゴマー分量0.8重量％に調整して作製したものに変更して本実施例２のモールドコイルを作製した。
【００１２】
本実施例２のモールドコイルは実施例１と同様の加熱劣化後、耐電圧試験を実施した。その結果、実施例１と同様に耐電圧が8kV(定格電圧6kV)と良好であった。
（比較例１）
次に、従来の方法で比較例１のモールドコイル(3相100kVA級)を作製した例について説明する。図５は比較例1のモールドコイル用として作製した巻線である。2はＰＥＮフィルム、3は絶縁有機物で被覆した導体、7は従来ＰＥＴフィルム、8はボビン、9は外周絶縁物、10は巻線機、11は巻芯、12はフランジである。巻線は巻線機10に巻芯11とフランジ12を装着後、ボビン8の一方の端部がフランジ12に密着するようにセットし、絶縁有機物で被覆した導体3と層間絶縁有機フィルムとしてＰＥＮフィルム2とオリゴマー分量が1.4重量％の従来ＰＥＴフィルム7［東レ社製：商品名ルミラーS10］を所定層巻回した後、その外周側に外周絶縁物9の一方の端部がフランジ12に密着するようにして一層巻回して作製した。次いで、前記巻線を用いて比較例1のモールドコイルを作製した。図６に比較例１のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図を示す。2はＰＥＮフィルム、3は絶縁有機物で被覆した導体、4はエポキシ樹脂組成物、7は従来ＰＥＴフィルム、8はボビン、9は外周絶縁物、11は巻芯、12はフランジである。上記で作製した巻線を巻線機より取り外し、170℃で4時間加熱して巻線の乾燥と外周絶縁物9の硬化を行う。その後、上記巻線に実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物4を含浸注入し、100℃・5時間で加熱硬化した後に巻芯11とフランジ12を取り外し、更に170℃・7時間の加熱硬化後、約12時間かけて室温まで冷却して比較例1のモールドコイルを作製した。
【００１３】
比較例１のモールドコイルは実施例１と同様の加熱劣化後、耐電圧試験を実施した。その結果、層間絶縁有機フィルムの一部に従来ＰＥＴフィルムを適用したため、耐電圧が4kV(定格電圧6kV)と前述の実施例１より低かった。
（比較例２）
比較例１と同様な作製方法で層間絶縁有機フィルムのうち、従来ＰＥＴフィルムをオリゴマー分量0.9重量％に調整して作製したものに変更して比較例２のモールドコイルを作製した。
【００１４】
比較例２のモールドコイルは実施例１と同様の加熱劣化後、耐電圧試験を実施した。その結果、比較例１と同様に耐電圧が5kV(定格電圧6kV)と実施例１より低かった。
（実施例３）
次に、上述実施例１の製作方法を変更して本発明に示すモールドコイル(3相100kVA級)を作製した例である。図７は本実施例３のモールドコイル用として作製した巻線である。1は低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2はＰＥＮフィルム、5は低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムとで被覆した導体、8はボビン、9は外周絶縁物、10は巻線機、11は巻芯、12はフランジである。巻線は巻線機10に巻芯11を装着後、ボビン8の一方の端部がフランジ12に密着するようにセットし、実施例1と同様の低オリゴマー化ＰＥＴフィルム1とＰＥＮフィルム2とで被覆した導体5と層間絶縁有機フィルムとして実施例１と同様の低オリゴマー化ＰＥＴフィルム1とＰＥＮフィルム2を所定層巻回した後、その外周側に外周絶縁物9の一方の端部がフランジ12に密着するようにして一層巻回して作製した。次いで、前記巻線を用いて本実施例３のモールドコイルを作製した。図８に本実施例３のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図を示す。1は低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2はＰＥＮフィルム、4はエポキシ樹脂組成物、5は低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムとで被覆した導体、8はボビン、9は外周絶縁物、11は巻芯、12はフランジである。上記で作製した巻線を巻線機より取り外し、170℃で4時間加熱して巻線の乾燥と外周絶縁物9の硬化を行う。その後、上記巻線に実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物4を含浸注入し、100℃・5時間で加熱硬化した後に巻芯11とフランジ12を取り外し、更に170℃・7時間の加熱硬化後、約12時間かけて室温まで冷却して本実施例３のモールドコイルを作製した。
【００１５】
本実施例３のモールドコイルは実施例１と同様の加熱劣化後、耐電圧試験を実施した。その結果、安価な低オリゴマー化ＰＥＴフィルムを導体の絶縁有機フィルムの一部及び層間絶縁有機フィルムの一部の2箇所に適用したため、後述する比較例3より約20％(材料費のみ)安価にモールドコイルが作製できた上に、耐電圧が後述する比較例３と同等の8kV(定格容量6kV)と良好であった。
（比較例３）
上記実施例３と同様にして比較例３のモールドコイル(3相100kVA級)を作製した例である。図９は比較例3のモールドコイル用として作製した巻線である。2はＰＥＮフィルム、6はＰＥＮフィルムで被覆した導体、8はボビン、9は外周絶縁物、10は巻線機、11は巻芯、12はフランジである。巻線は巻線機10に巻芯11を装着後、ボビン8の一方の端部がフランジ12に密着するようにセットし、ＰＥＮフィルムで被覆した導体6と層間絶縁有機フィルムとしてＰＥＮフィルム2を所定層巻回した後、その外周側に外周絶縁物9の一方の端部がフランジ12に密着するようにして一層巻回して作製した。次いで、前記巻線を用いて比較例３のモールドコイルを作製した。図１０に比較例3のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図を示す。2はＰＥＮフィルム、4はエポキシ樹脂組成物、6はＰＥＮフィルムで被覆した導体、8はボビン、9は外周絶縁物、 11は巻芯、12はフランジである。上記で作製した巻線を巻線機より取り外し、170℃で4時間加熱して巻線の乾燥と外周絶縁物9の硬化を行う。その後、上記巻線に実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物4を含浸注入し、100℃・5時間で加熱硬化した後に巻芯11とフランジ12を取り外し、更に170℃・7時間の加熱硬化後、約12時間かけて室温まで冷却して比較例3のモールドコイルを作製した。
【００１６】
比較例３のモールドコイルは実施例１と同様の加熱劣化後、耐電圧試験を実施した。その結果、ＰＥＮフィルムを導体の絶縁有機フィルム及び層間絶縁有機フィルムの2箇所に適用したので、耐電圧が8kV(定格電圧6kV)と良好であったが、上記実施例３より約20％高価(材料費のみ)なモールドコイルとなった。
（実施例４）
実施例１で作製したモールドコイルを適用してモールド変圧器を作製した例について説明する。図１１は本実施例４のモールド変圧器の正面図を示す。実施例１と同様の作製方法により所定の寸法で高電圧モールドコイル13および低電圧モールドコイル14を作製し、前記高電圧モールドコイル13の内側に低電圧モールドコイル14を配置した後、前記低電圧モールドコイル14の内側に鉄心15を配置してモールド変圧器を構成している。前記モールド変圧器は高電圧モールドコイル13の巻線開始側の端子用結線金具16には1次側電源接続用端子が、巻線終了側の端子用結線金具にはコイル接続バー17が、タップ切り替え端子18にはタップ接続バー19がそれぞれ接続される。なお、20は2次端子で単相3線式2次出力が得られるように結線している。
【００１７】
このようにして作製した本実施例４のモールド変圧器は、実施例１のモールドコイルを適用しているため、絶縁性能と低価格が両立したモールド変圧器を提供可能になった。
（実施例５）
実施例３で作製したモールドコイルを適用してモールド変圧器を作製した例について説明する。図１２は本実施例5のモールド変圧器の正面図を示す。実施例３と同様の作製方法により所定の寸法で高電圧モールドコイル21および低電圧モールドコイル22を作製し、前記高電圧モールドコイル21の内側に低電圧モールドコイル22を配置した後、前記低電圧モールドコイル22の内側に鉄心15を配置してモールド変圧器を構成している。前記モールド変圧器は高電圧モールドコイル21の巻線開始側の端子用結線金具16には1次側電源接続用端子が、巻線終了側の端子用結線金具にはコイル接続バー17が、タップ切り替え端子18にはタップ接続バー19がそれぞれ接続される。なお、20は2次端子で単相3線式2次出力が得られるように結線している。
【００１８】
このようにして作製した本実施例５のモールド変圧器は実施例３のモールドコイルを適用しているため絶縁性能が良好な上、上述の実施例4より更に低価格なモールド変圧器を提供可能になった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、モールドコイルの導体の絶縁被覆及び導体同士の層間絶縁物として、オリゴマー分量が0.8重量％以下の低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムとを適用することで、モールドコイルやモールド変圧器の絶縁性能と低コスト化を両立できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１記載モールドコイルを一部断面とした斜視図である。
【図２】本発明の請求項２記載モールドコイルを一部断面とした斜視図である。
【図３】実施例１の巻線を一部断面とした概略図である。
【図４】実施例１のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図である。
【図５】比較例１の巻線を一部断面とした概略図である。
【図６】比較例１のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図である。
【図７】実施例３の巻線を一部断面とした概略図である。
【図８】実施例３のモールドコイルの構成を一部断面とした斜視図である。
【図９】比較例３の巻線を一部断面とした概略図である。
【図１０】比較例３のモールドコイルを一部断面とした斜視図である。
【図１１】実施例４のモールド変圧器の正面図である。
【図１２】実施例５のモールド変圧器の正面図である。
【符号の説明】
1…低オリゴマー化ＰＥＴフィルム、2…ＰＥＮフィルム、3…絶縁有機物で被覆した導体、4…エポキシ樹脂組成物、5…低オリゴマー化ＰＥＴフィルムとＰＥＮフィルムとで被覆した導体、6…ＰＥＮフィルムで被覆した導体、7…従来ＰＥＴフィルム、8…ボビン、9…外周絶縁物、10…巻線機、11…巻芯、121…フランジ、13…実施例１と同様の低電圧モールドコイル、14…実施例１と同様の高電圧モールドコイル、15…鉄心、16…巻線開始側の端子用結線金具、17…コイル接続バー、18…タップ切り替え端子、19…タップ接続バー、20…2次端子、21…実施例３と同様の高電圧モールドコイル、22…実施例３と同様の低電圧モールドコイル、23…アルミ導体

Claims

ボビンの外周に絶縁有機物で被覆した導体を巻回し、前記導体同士の層間に層間絶縁有機フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムとポリエチレンナフタレートフィルムとを少なくとも1層づつ介在するように巻回した巻線に、エポキシ樹脂組成物を注型後に硬化して形成するモールドコイルにおいて、該ポリエチレンテレフタレートフィルムはオリゴマー分量が0.8重量％以下であることを特徴とするモールドコイル。
ボビンの外周に絶縁有機フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムとポリエチレンナフタレートフィルムとで被覆した導体を巻回し、前記導体同士の層間に層間絶縁有機フィルムとしてポリエチレンテレフタレートフィルムとポリエチレンナフタレートフィルムとを少なくとも1層づつ介在するように巻回した巻線に、エポキシ樹脂組成物を注型後に硬化して形成するモールドコイルにおいて、該絶縁有機フィルムないし該層間絶縁有機フィルムの該ポリエチレンテレフタレートフィルムはオリゴマー分量が0.8重量％以下であることを特徴とするモールドコイル。
低電圧モールドコイル及び高電圧モールドコイルが互いに鉄心によって磁気的に接続されているモールド変圧器において、前記低電圧モールドコイル及び高電圧モールドコイルの少なくとも一方が請求項1〜2記載のモールドコイルにより構成することを特徴とするモールド変圧器。