JP4584123B2 - 耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の静電遮蔽構体 - Google Patents

Description

本発明は、各種の電気設備や電気機器の電源系に使用される耐雷強化型低圧用絶縁変圧器における静電遮蔽構体に関する。

耐雷強化型低圧用絶縁変圧器は、Ｅ形やＩ形等の鉄心に一次巻線と二次巻線を重ねて巻装し、一次巻線と二次巻線の間を絶縁紙などで高圧絶縁し、かつ、静電遮蔽フィルムなどで静電遮蔽した構造が通常である（例えば、特許文献１参照）。この絶縁変圧器は、一次巻線の巻始めと巻終わりから引き出した一次リード線と二次巻線や鉄心との間を静電遮蔽フィルムなどで静電遮蔽している。
特開２００５−１３６１９９号公報

耐雷強化型低圧用絶縁変圧器（耐雷トランス）は、低損失化と高耐電圧化およびサージ減衰量の向上による高性能化が要求されており、一方では省資源に伴う小形軽量、低コスト化の要求も年々高まっている。この絶縁変圧器における高耐電圧およびサージ減衰量の向上による高性能化と、変圧器自体の小形軽量化は、相反する関係にあり、両者を同時に実現することは技術的に難しいとされている。

例えば、サージ減衰量の高性能化を実現する設計の一つは、一次巻線と二次巻線との間の静電結合を如何に小さくするかであり、他の一つは、一次巻線の巻始めと巻終わりの一次リード線と二次巻線との間の静電容量を如何に小さくするかである。実際、小容量の絶縁変圧器では数ＰＦ程度の静電容量でもサージ減衰量の高性能化に大きく影響することが知られている。しかし、Ｅ形などの鉄心に巻装した一次巻線を静電遮蔽体で被覆してその上に二次巻線を重ねて巻装して、巻線間に静電遮蔽を施した絶縁変圧器においては、巻線間の静電遮蔽体そのものが閉じられた電路を構成することがないよう、つまり、誘起電流の短絡（１ターン短絡、１ターンショート）を阻止する構造にする必要がある。そこで、シート状絶縁物と導電性シートとを重ね合わせて巻線上に巻回し、そのターンの合わせ目を絶縁状態にすることが行われているが、この構造では製造組立の作業性が悪く、かつ、静電遮蔽の性能にばらつきが生じて、信頼性に欠ける。また、巻線間の静電遮蔽体を巻線の端部から突出させて沿面絶縁距離を確保するなどしていることから、変圧器自体の小形化が難しく、これが巻線間などの静電容量の低減を難しくしている。

また、一方で、耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の高耐電圧化は、一次巻線と二次巻線および静電遮蔽体の接地間に高圧のインパルス電圧が印加される関係で、一次巻線と二次巻線および静電遮蔽体の接地間には、絶縁体による完全隔離や絶縁距離の確保が重要になる。しかし、一次巻線から引き出される一次リード線のところは、特に静電遮蔽と高圧絶縁の両性能を確保することが難しい。さらに、一次巻線の上から静電遮蔽を実施する場合、静電遮蔽体によって１ターンの短絡巻線が構成されると短絡電流によって焼損に至るといった問題が生じるため、長期使用によっても同状態が絶対発生しないような信頼性のある設計が難しい。

本発明の目的とするところは、耐雷強化型低圧用絶縁変圧器における巻線間や一次リード線における構造簡単で信頼性の高い静電遮蔽構体を提供することにある。

本発明は、リング状の巻鉄心に当該巻鉄心の全面に被着した第一絶縁体を介して一次巻線を巻装して成るリング体と、このリング体の全面を被覆して高圧絶縁する、部分的に前記一次巻線の巻始めと巻終わりの一次リード線を外部に導出するリード導出部を有する絶縁ケースと、この絶縁ケースに巻装される二次巻線を備えた耐雷強化型低圧用絶縁変圧器における静電遮蔽構体であって、二次巻線が巻装される前の絶縁ケースの外面に、長尺な絶縁性テープ基材の片面に当該片面の幅方向両縁部を除いて静電遮蔽層を被着した静電遮蔽テープを、隣接する静電遮蔽テープの幅方向片端部同士を重ね、両テープそれぞれの静電遮蔽層の幅方向片端部をテープ基材を介し対峙させた状態で巻装し、静電遮蔽テープの巻始め端または巻終わり端の静電遮蔽層から接地リード線を引き出した構造にて、上記目的を達成するものである。

ここで、巻鉄心は、磁気抵抗が小さく磁束密度の高い方向性珪素鋼板を多層に巻回したものが使用できる。巻鉄心の全面に被着する第一絶縁体は、第一巻線を損傷しない程度の薄い塗装膜や絶縁テープである。巻鉄心に一次巻線を一層巻きして小形のリング体を構成する。リング体の全面を被覆する絶縁ケースは、高圧絶縁が容易な樹脂成形品やゴム製ケースであり、リング体の軸方向両端面から着脱自在に嵌着される一対の第１ケースと第２ケースで構成すればよい。絶縁ケースの外面に長尺な静電遮蔽テープを、隣接するテープの幅方向片端部同士が重なるように一層或いは複数層に巻装して、静電遮蔽構体を構築する。

また、本発明においては、二次巻線上に、上記静電遮蔽テープと別体で同様な第二静電遮蔽テープを巻装して、別の静電遮蔽構体を構築することができる。

また、本発明においては、絶縁ケースのリード導出部の外周面と、このリード導出部から導出される一次リード線の先端に設けた端子導体部を除く一次リード線とを、自己融着性の絶縁テープまたはゴム製チューブで被覆した高圧絶縁被覆体と、この高圧絶縁被覆体の一次リード線が突出する先端部の外面を除いて高圧絶縁被覆体上に被着したリード静電遮蔽体とを備え、高圧絶縁被覆体のリード静電遮蔽体の無い先端部の長さを、リード静電遮蔽体の先端と端子導体部間の沿面絶縁に必要な距離以上に規定して、静電遮蔽構体を構築することができる。

ここで、絶縁ケースのリード導出部は、一次巻線の巻始めと巻終わりの２本の一次リード線に共通の単一の導出部の他、２本の一次リード線を分けて１本ずつ導出する２つの導出部が可能である。２つのリード導出部の場合は、それぞれに静電遮蔽構体を構築すればよい。

本発明のように、絶縁ケース外面に静電遮蔽テープを巻装して静電遮蔽構体を構築すれば、絶縁ケース外面の全面的な静電遮蔽ができ、かつ、静電遮蔽層間で１ターンの短絡巻線が構成される心配がなくて、信頼性の高い静電遮蔽構体が構築できる。しかも、絶縁ケース外面に静電遮蔽テープを幅方向端部を重ねて巻装するだけでいいので、製造組立が容易であり、静電遮蔽を極薄く構築して変圧器自体の小形化を容易にする効果もある。

また、二次巻線に静電遮蔽テープを巻装して静電遮蔽構体を構築することで、変圧器全体の静電遮蔽効果が一段と増し、実用性に優れたものとなる。

また、絶縁ケースのリード導出部と一次リード線の部所に静電遮蔽構体を構築することで、一次リード線と二次巻線間の静電結合を小さく抑制することができ、変圧器全体の静電遮蔽効果が更に増し、実用価値に優れたものとなる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０を参照して説明する。

図１および図２に示される耐雷強化型低圧用絶縁変圧器は、リング状の巻鉄心１の全面を第一絶縁体２で被覆し、第一絶縁体２を介して巻鉄心１に一次巻線３を巻装したリング体４と、このリング体４の全面を被覆して高圧絶縁を構築する絶縁ケース１０と、絶縁ケース１０の外面に形成した第一の静電遮蔽構体２０と、第一の静電遮蔽構体２０を介して絶縁ケース１０の外面に巻装した二次巻線３０を備える。また、一次巻線３の巻始めと巻終わりの一次リード線３ａ、３ｂを高圧絶縁し、二次巻線３０との間を静電遮蔽する第二の静電遮蔽構体４０を備える。

巻鉄心１は、図３に示すように、長尺な帯状方向性珪素鋼板１ａを多層に巻回したもので、磁束密度を高くして鉄心断面積を小さくしている。巻鉄心１の軸方向両端面と内外周面の全面に絶縁塗装膜による第一絶縁体２を塗着する。第一絶縁体２は、溶融樹脂に巻鉄心１を浸漬して形成した樹脂層や、巻鉄心１に巻装した絶縁テープ（図示せず）であってもよい。第一絶縁体２で全面が被覆された巻鉄心１は、非接地で使用される。巻鉄心１に第一絶縁体２を介して一次巻線３が一層で巻装されて、図４に示すようなリング体４が形成される。第一絶縁体２は、巻鉄心１が非接地で使用されるために、１５００Ｖ程度の低圧絶縁のものでよい。巻鉄心１の巻始めと巻終わりのリード線３ａ、３ｂが、巻鉄心１の軸方向両端面の一方の端面側に引き出される。このようなリング体４は、次の理由で小形軽量化される。

変圧器自体の小形軽量化を図る１つの手段は、鉄心と巻線の使用量を如何に少なくするかにある。鉄心を少なくする手段として、方向性珪素鋼板の巻鉄心１として断面積を小さくすると共に、鉄損を少なくする。また、巻線を少なくする手段として、温度上昇を低く抑えるようして、巻線の電流密度を大きくし、結果的に一次巻線３を細くして、同じ巻数であっても使用量を少なくする。巻鉄心１の断面積を小さくすることで、巻鉄心１に一周巻きされる巻線長さが短くなり、全体の巻線長が短くでき、その分、巻線抵抗が小さくなり、銅損が小さく抑制でき、温度上昇を抑制することができる。さらに、鉄損の少ない巻鉄心１は、鉄心自体の温度上昇が小さく、一次巻線３への温度上昇の影響が少ない。また、巻鉄心１が非接地であるので、第一絶縁体２は巻鉄心１の角部で一次巻線３が傷付かない程度の低圧絶縁でよい。そのため、巻鉄心１に一次巻線３を直巻き、密着巻きして、リング体４の実質的な外寸を抑制する。さらに、リング状の巻鉄心１は、その全磁路長に亘って均一的に巻線ができることから、巻層を最小の一層にして、リング体４の外寸を最小にする。また、一次巻線３の一巻き当たりの平均巻線長が短く、巻線抵抗が小さくなることから、リング体４は温度上昇の少ないものとして製作でき、十分に小形にすることができる。このリング体４の小形軽量化で、絶縁ケース１０が小形化され、その外面に形成される第一の静電遮蔽構体２０による静電容量の低減が容易になる。

図４のリング体４の全面を被覆して高圧絶縁を構築する絶縁ケース１０は、樹脂成形品の第一ケース１１と第二ケース１２を備える。リング体４が軸方向上下の下部リング領域４ａと上部リング領域４ｂに二分されるとした場合、下部リング領域４ａに第一ケース１１が下方から挿脱可能に嵌着され、上部リング領域４ｂに第二ケース１２が上方から挿脱可能に嵌着される。第一ケース１１は、リング状の底板部１１ａと、底板部１１ａの内周から立ち上がる内筒部１１ｂと、底板部１１ａの外周から立ち上がる外筒部１１ｃを一体に有する。底板部１１ａと内筒部１１ｂと外筒部１１ｃで囲まれた上端開口リング状の溝部１１ｄに、リング体４の下部リング領域４ａが嵌着される。第二ケース１２は、リング状の天板部１２ａと、天板部１２ａの内周から立ち下がる内筒部１２ｂと、天板部１２ａの外周から立ち下がる外筒部１２ｃを一体に有する。天板部１２ａと内筒部１２ｂと外筒部１２ｃで囲まれた下端開口リング状の溝部１２ｄに、リング体４の上部リング領域４ａが嵌着される。リング体４の内周に嵌着される両ケース１１、１２の内筒部１１ｂ、１２ｂの開放端部は互いに内外で重合するように薄肉化される。同様に両ケース１１、１２の外筒部１１ｃ、１２ｃの開放端部も、互いに内外で重合するように薄肉化される。

第二ケース１２は、天板部１２ａの一部にリード導出部１３を一体に有する。リード導出部１３は、天板部１２ａに一体に形成した断面門形の内側導出部１３ａと、内側導出部１３ａから外側方へと延在する角筒状の外側導出部１３ｂを備える。外側導出部１３ｂの下端は、第二ケース１２の外筒部１２ｃの上部位置にある。外側導出部１３ｂは縦長の長方形断面の筒である。第二ケース１２をリング体４に被せるとき、リング体４上の一対のリード線３ａ、３ｂがリード導出部１３に挿通される。

絶縁ケース１０の全面に形成される第一の静電遮蔽構体２０は、図５および図６に示すような静電遮蔽テープ２１を絶縁ケース１０の外面に巻装して構築される。静電遮蔽テープ２１は、長尺な絶縁性テープ基材２２の片面にテープ長さ方向に連続させて薄く静電遮蔽層２３を被着したもので、テープ基材２２の幅方向両端縁部は静電遮蔽層の無い非静電遮蔽部２４として形成される。この静電遮蔽テープ２１は、絶縁ケース１０を構成する第１ケース１１と第２ケースの外面にテープ基材２２を下にして巻装され、このときに図７に示すように、隣接する静電遮蔽テープ２１、２１の幅方向片端部同士を重合させ、両テープそれぞれの静電遮蔽層２３、２３の幅方向片端部を一層のテープ基材２２を介し対峙させる。この対峙する各静電遮蔽層２３、２３の幅ｗは数ｍｍ程度以上であり、この幅ｗにすることで絶縁ケース１０に静電遮蔽テープ２１が横に多少位置ずれして巻回されても、図７に示すように各静電遮蔽層２３、２３を確実に対峙させることができる。このような静電遮蔽層２３、２３の対峙で、全面的な静電遮蔽が構築されて、完全な静電遮蔽が行える。また、隣接する静電遮蔽テープ２１の幅方向両端部にある非静電遮蔽部２４が絶縁性テープ基材２２の絶縁面であるので、短絡電流の流れ（１ターン短絡）を確実性よく阻止する。絶縁ケース１０に静電遮蔽テープ２１を巻装すると、電遮蔽テープ２１の巻始め端または巻終わり端の静電遮蔽層２３から図１に示す接地リード線２５を引き出す。

絶縁ケース１０に巻装される二次巻線３０は、例えば一次巻線３と同様に一層巻きされる。図２に示すように、二次巻線３０は第２ケース１２のリード導出部１３の片側方から巻始めて反対の片側方で巻終わりとなり、それぞれの二次リード線３０ａ、３０ｂが外部に引き出される。

絶縁ケース１０の外面に形成された第一の静電遮蔽構体２０は、静電遮蔽テープ２１をその片端部を重ねて一層巻きして構成できるので、絶縁ケース１０を大形化する心配が無く、変圧器自体の小形化を容易にする。また、絶縁ケース１０の外面に一層巻きした静電遮蔽テープ２１は、その静電遮蔽層２３の端部同士を対峙させて全面的な静電遮蔽を行い、かつ、隣接するテープ間に非静電遮蔽部２４の１ターン短絡阻止部分を形成しているので、信頼性の高い静電遮蔽構造が構築できる。また、一次巻線３を完全に被覆する絶縁ケース１０の外面に第一の静電遮蔽構体２０を形成したので、一次巻線３と二次巻線３０の間の静電遮蔽効果が高く、かつ、安定したものとなる。

図１に示す第二の静電遮蔽構体４０は、第二ケース１２に形成したリード導出部１３の外側導出部１３ｂの外周面と、外側導出部１３ｂから導出される一次リード線３ａ、３ｂを被覆する高圧絶縁被覆体４１と、高圧絶縁被覆体４１の外周面に被着したリード静電遮蔽体４３を備える。高圧絶縁被覆体４１は、自己融着性の絶縁テープを外側導出部１３ｂと一次リード線３ａ、３ｂに巻回して熱収縮させて構成される。２本の一次リード線３ａ、３ｂは、外側導出部１３ｂから突出する先端部に端子導体部４５、４６を有する。高圧絶縁被覆体４１は、外側導出部１３ｂの外面から端子導体部４５、４６の手前までに形成される。リード静電遮蔽体４３は、高圧絶縁被覆体４１の先端から所定の距離Ｌにある先端部４１ａの外周を除いて高圧絶縁被覆体４１に被着される。先端部４１ａの長さは、リード静電遮蔽体４３の先端と端子導体部４５、４６間の沿面絶縁に必要な距離以上に規定される。

この第二の静電遮蔽構体４０の場合、一次リード線３ａ、３ｂと二次巻線３０の間の静電結合が小さくでき、一次リード線３ａ、３ｂとその端子導体部４５、４６の間の距離を長くすることが容易になる。また、一次リード線３ａ、３ｂと二次巻線３０の間の静電結合が小さくできるため、リード導出部１３の外側導出部１３ｂの長さを短くして絶縁ケース１０の半径方向寸法を小さくすることができる。

次に、本発明の他の実施の形態を図８〜図１０に基づき説明する。

図８は、絶縁ケース１０に巻装した二次巻線３０上に図５の静電遮蔽テープ２１と同様な構造で別体の第二静電遮蔽テープ２１’を巻装して、二次巻線３０上に静電遮蔽構体を構築している。第二静電遮蔽テープ２１’は、図５の静電遮蔽テープ２１と同様な長尺な絶縁性テープ基材２２の片面にテープ長さ方向に連続させて薄く静電遮蔽層２３を被着したもので、テープ基材２２の幅方向両端縁部は静電遮蔽層の無い非静電遮蔽部２４として形成される。この第二静電遮蔽テープ２１’が図７に示す要領で二次巻線３０上に一層巻きすることで、図５の静電遮蔽テープ２１と同様に安定した静電遮蔽効果が得られる。

図９は、絶縁ケース１０に２本の一次リード線３ａ、３ｂが１本ずつ挿通される一対のリード導出部１３’、１３’を設けている。各リード導出部１３’、１３’は円筒で、それぞれに１本の一次リード線３ａ、３ｂを挿通して導出することで、リード線個別に静電遮蔽することができ、リード線間の静電遮蔽効果が上がる。

図１０は、第二の静電遮蔽構体４０の変形例を示す。リード導出部１３の外側導出部１３ｂの外周面と、外側導出部１３ｂから導出される一次リード線３ａ、３ｂを被覆する高圧絶縁被覆体４２をゴム製チューブで構成し、このゴム製高圧絶縁被覆体４２の外周面にリード静電遮蔽体４３を被着する。この場合も、高圧絶縁被覆体４２は、外側導出部１３ｂの外面から端子導体部４５、４６の手前までに形成される。リード静電遮蔽体４３は、高圧絶縁被覆体４２の先端から所定の距離Ｌにある先端部４２ａの外周を除いて高圧絶縁被覆体４２に被着される。先端部４２ａの長さは、リード静電遮蔽体４３の先端と端子導体部４５、４６間の沿面絶縁に必要な距離以上に規定される。

図１０の場合、ゴム製高圧絶縁被覆体４２の内径を、２本の一次リード線３ａ、３ｂを挿通した際に余分な隙間が生じる大きさにすることで、一次リード線３ａ、３ｂの挿通が容易になると共に、一次リード線３ａ、３ｂとの間の隙間を放熱穴として利用することができる。

なお、本発明の耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の静電遮蔽構体は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施の形態を示す耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の断面図である。 図１の耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の斜視図である。 図１の耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の製造途中における巻鉄心の斜視図である。 図１の耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の製造途中におけるリング体と絶縁ケースの分解斜視図である。 絶縁ケースに静電遮蔽テープを巻装するときの斜視図である。 図５の静電遮蔽テープの拡大断面図である。 図５の静電遮蔽テープを絶縁ケースに巻装したときのテープ断面図である。 他の実施の形態を示す要部の斜視図である。 さらに他の実施の形態を示す要部の斜視図である。 さらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。

符号の説明

１ リング状巻鉄心
１ａ 帯状方向性珪素鋼板
２ 第一絶縁体
３ 一次巻線
３ａ、３ｂ 一次リード線
４ リング体
１０ 絶縁ケース
１１ 第一ケース
１２ 第二ケース
１３ リード導出部
２０ 静電遮蔽体
２１、 ２１’ 静電遮蔽テープ
２２ テープ基材
２３ 静電遮蔽層
２４ 非静電遮蔽部
２５ 接地リード線
３０ 二次巻線
４０ 静電遮蔽構体
４１ 高圧絶縁被覆体
４１ａ 先端部
４２ 高圧絶縁被覆体
４２ａ 先端部
４３ リード静電遮蔽体
４５、４６ 端子導体部

Claims (3)

1. リング状の巻鉄心に当該巻鉄心の全面に被着した第一絶縁体を介して一次巻線を巻装して成るリング体と、このリング体の全面を被覆して高圧絶縁する、部分的に前記一次巻線の巻始めと巻終わりの一次リード線を外部に導出するリード導出部を有する絶縁ケースと、この絶縁ケースに巻装される二次巻線を備えた耐雷強化型低圧用絶縁変圧器における静電遮蔽構体であって、
   前記二次巻線が巻装される前の前記絶縁ケースの外面に、長尺な絶縁性テープ基材の片面に当該片面の幅方向両縁部を除いて静電遮蔽層を被着した静電遮蔽テープを、隣接する静電遮蔽テープの幅方向片端部同士を重ね、両テープそれぞれの静電遮蔽層の幅方向片端部をテープ基材を介し対峙させた状態で巻装し、当該静電遮蔽テープの巻始め端または巻終わり端の静電遮蔽層から接地リード線を引き出したことを特徴とする耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の静電遮蔽構体。
2. 前記二次巻線上に、前記静電遮蔽テープと別体で同様な第二静電遮蔽テープを、前記静電遮蔽テープと同様に隣接する第二静電遮蔽テープのテープ幅方向片端部同士を重合させて巻装して、この第二静電遮蔽テープの巻始め端または巻終わり端の静電遮蔽層から第二接地リード線を引き出したことを特徴とする請求項１に記載の耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の静電遮蔽構体。
3. 前記リード導出部の外周面と、このリード導出部から導出される前記一次リード線の先端に設けた端子導体部を除く一次リード線とを、自己融着性の絶縁テープまたはゴム製チューブで被覆した高圧絶縁被覆体と、この高圧絶縁被覆体の前記一次リード線が突出する先端部の外面を除いて高圧絶縁被覆体上に被着したリード静電遮蔽体とを備え、前記高圧絶縁被覆体の静電遮蔽体の無い先端部の長さを、前記リード静電遮蔽体の先端と前記端子導体部間の沿面絶縁に必要な距離以上に規定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐雷強化型低圧用絶縁変圧器の静電遮蔽構体。

Images