JP6349922B2

JP6349922B2 - 樹脂モールドコイル及びその製造方法並びにモールド変圧器

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Publication number: JP6349922B2
Application number: JP2014091947A
Authority: JP
Inventors: 宏隆華表; 亮太棚次
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: JP2015211132A

Description

本発明は、モールド変圧器、計器用変圧器（ＰＴ：Potential Transformer ）、計器用変流器（ＣＴ：Current Transformer ）等に用いられる樹脂モールドコイル及び該樹脂モールドコイルの製造方法に関する。また、本発明は、樹脂モールドコイルを備えるモールド変圧器に関する。

大電力を変換するためのモールド変圧器においては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によるモールド注型が用いられている。このモールドにより、高電圧となるコイルの導体の周囲を高い絶縁耐力を持つエポキシ樹脂等の固体絶縁物で封止しているが、実際には導体の周囲に空隙欠陥が存在しないように完全に封止することは困難であり、ある程度の量の空隙欠陥が残存している。

空隙欠陥が残存する原因としては、主に以下の３点が挙げられる。
（１）高電圧・大容量となる電力機器は寸法が大きくなり、樹脂を注型させる体積も大きくなる。樹脂注型体積が大きくなれば、内部に残存するガスや水分の量が多くなり、モールド時にそれらが一箇所に凝集して空隙欠陥として残存し易くなる。
（２）大きな電位差を持つ導体間や高圧導体と接地面との間では、物理的な距離を離した状態でモールドを行う必要がある。この絶縁距離を確保するためには高圧部位を絶縁材で物理的に保持する必要があり、この絶縁材が樹脂の含浸を妨げる。
（３）導通面積を確保する目的で導体の断面形状を円形とするため、隣接する導体と絶縁材との間には、螺旋状に連続し連続方向に直交する断面が略三角形状である空隙部が生じる。導体は絶縁材に対して締め付けて巻き回されているため、この空隙部は殆ど密閉された状態となる上、この空隙部は樹脂注型体積に対して非常に小さい領域であるため、未含浸部として残存し易い。

空隙部内が常圧の空気であるとすれば、その絶縁特性は、ギャップ長１ｃｍに対する絶縁破壊電圧が約３０ｋＶである。これに対して、エポキシ樹脂のバルク絶縁破壊電圧は、ギャップ長１ｃｍに対して約４００ｋＶである。さらに、硬化したエポキシ樹脂の内部に空隙欠陥が存在すると、誘電率が小さい空隙欠陥内に電界集中が生じて、数ｋＶでも部分放電が発生する可能性がある。部分放電が発生すると、放電による化学反応でエポキシ樹脂等の絶縁物の劣化が進行し、電気機器の長期信頼性が低下する。
このように、固体絶縁機器の絶縁信頼性確保には部分放電を発生させないことが重要であり、そのためには空隙欠陥が生じないように樹脂モールドを行うことが機器製造の要点となる。特に、モールド変圧器の場合には、変圧器の高圧導体が樹脂内に埋め込まれる構造であるため、この導体の周囲への樹脂の含浸を充分に行うことが重要となる。

一般的なモールド変圧器は、樹脂モールドコイルと鉄心とを備えている。この樹脂モールドコイルは、図９，１０（図９及び図１０の（ａ）は、樹脂モールドコイルの軸方向に沿う平面で切断した場合の断面図であり、図１０の（ｂ）は、樹脂モールドコイルの軸方向に直交する平面で切断した場合の断面図である）に示すように、保護フィルムを筒状に形成した芯部１０２と、導体１０３を芯部１０２の外周に複数層をなすように巻き付けてなるコイルと、コイルの各層間にそれぞれ介装された筒状の層間絶縁材１０４と、を備えている。この層間絶縁材１０４は、筒状に形成した絶縁シートで構成されている。そして、導体１０３の周囲がエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂により覆われてモールドされた構造となっている。

このような樹脂モールドコイルを製造する場合は、まず、柱状に形成された内金型の外周面に保護フィルムを筒状に巻き付けて芯部１０２を形成した後、芯部１０２の外周に導体１０３を複数層（図９の例では４層、図１０の例では３層）をなすように巻き付けてコイルとする。このとき、コイルの各層間には、筒状に形成した絶縁シートを層間絶縁材１０４としてそれぞれ介在させる。
その後、内金型を外金型の内側に装着し、外金型に形成された樹脂注入口から外金型内に液状（未硬化）の熱硬化性樹脂を注入する。このとき、外金型内に注入された熱硬化性樹脂は、芯部１０２と導体１０３に囲まれて形成される空隙部及び導体１０３と層間絶縁材１０４に囲まれて形成される空隙部にそれぞれ流入して、導体１０３の周囲に配される。そして、熱硬化性樹脂を熱硬化させて、導体１０３の周囲を硬化樹脂１０５によりモールドする。

このような方法で製造される樹脂モールドコイルは、通常、図９に示す巻き方で芯部１０２の外周に巻き付けられる。すなわち、図９の導体１０３の内部に付した数字の順に導体１０３を螺旋状に且つ複数層をなすように巻き付けていく巻き方である。商用周波数電圧においては、導体１０３の各ターンの分担電圧は均一であり、隣接するターン間で殆ど電位差は生じない。しかしながら、図９に示すような通常の巻き方では、導体１０３は径方向に層を有する構造となるため、折返し部分の層間（レアー間）では２層分のターン数だけ電位差を持つことになる。よって、この電位差を絶縁するために、各層の間に層間絶縁材１０４を介在させている。

また、導体１０３は、導通面積を確保するために、一般的に円形断面のものが使用される。このため、隣接する導体１０３と芯部１０２との間、及び、隣接する導体１０３と層間絶縁材１０４との間には、螺旋状に連続し連続方向に直交する断面が略三角形状である空隙部が生じる。液状（未硬化）の熱硬化性樹脂を注入した際に、これらの空隙部の隅部にまで熱硬化性樹脂を含浸させることは容易ではないため、熱硬化性樹脂の硬化後に空隙欠陥が残存することとなる。その結果、空隙欠陥で部分放電が発生して、層間の絶縁材を侵食していき、絶縁劣化を進行させるため、樹脂モールドコイル及びこれを用いたモールド変圧器等の電気機器の長期信頼性が低下するという問題が生じるおそれがあった。

特開平１０−２３３３２９号公報特開平９−７４０２７号公報特開平６−２５１９３５号公報

導体と層間絶縁材に囲まれて形成される空隙部への液状の熱硬化性樹脂の含浸性を向上させる技術が、特許文献１に提案されている。すなわち、導体の周囲に樹脂を注入するための間隙を層間絶縁材と導体との間に形成する複数の突条が、層間絶縁材に設けられていることにより、導体と層間絶縁材の間の前記空隙部が大きく形成されるため、熱硬化性樹脂がコイルの軸方向端部から内部に向かって軸方向に含浸しやすくなっている。
しかしながら、導体のターン数は１００前後である場合もあるため、粘性の高い熱硬化性樹脂を軸方向に含浸させることにより軸方向中央部の前記空隙部に空隙欠陥が生じないように含浸させることは、容易ではなかった。また、導線を巻き付ける際の締め付け力等によって突条が変形して、熱硬化性樹脂の含浸性が低下するおそれがあった。

また、特許文献２には、樹脂モールドコイルの内外周の少なくとも一方にガラスネットを配置することにより、液状の熱硬化性樹脂の流動経路を確保して含浸性を向上させる技術が開示されている。しかしながら、この技術は、コイルの表面に気泡が残るなどの外観、美観の問題を解決するための技術であって、コイル内部の空隙部への樹脂の含浸性を向上させる技術ではない。

さらに、特許文献３には、熱硬化性樹脂の含浸性を向上させる技術として、複数のガラス繊維を撚り合わせた線状絶縁体を超電導コイルの超電導線相互間に介在させて熱硬化性樹脂を超電導線相互間に含浸させる技術が記載されている。しかしながら、特許文献３に記載された技術を樹脂モールドコイルの製造方法に適用しようとすると、芯部の外周に巻き付けられた導体の層間を絶縁シートで絶縁することが困難になるという問題がある。また、芯部と導体とで形成される空隙部や導体と絶縁シートとで形成される空隙部の隅部が楔形状である限りは、複数のガラス繊維を撚り合わせた線状絶縁体を空隙部に介在させても熱硬化性樹脂を空隙部の隅部にまで含浸させることは困難である。

さらに、従来においては、図９に示す巻き方で導体１０３を芯部１０２の外周に巻き付ける場合には、導体１０３を巻き付けてなる積層構造が、熱硬化性樹脂を熱硬化させて硬化樹脂１０５でモールドする以前に崩れることを防ぐために、図１０に示すように、コイルの軸方向端部（折返し部分）の導体１０３を、隣接する軸方向内部側の導体１０３に粘着テープ１０６で固定し、その径方向外側に層間絶縁材１０４を介して導体１０３を巻き付けていた。

しかしながら、通常、粘着テープは熱硬化性樹脂が含浸（透過）しないので、粘着テープ１０６を貼り付けた部分に存在する空隙部には熱硬化性樹脂がほとんど含浸せず、熱硬化性樹脂の硬化後に空隙欠陥が残存することとなる。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、モールド材中の空隙欠陥の残存が少なく、長期信頼性に優れた樹脂モールドコイル及びその製造方法並びにモールド変圧器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係る樹脂モールドコイルの製造方法は、絶縁物で被覆された１本の導体を筒状の芯部の外周に複数層をなすように巻き付けてなるコイルと、前記コイルの各層間にそれぞれ介装された筒状の層間絶縁材と、前記導体の周囲を覆うモールド材と、を備える樹脂モールドコイルの製造方法であって、各層間に前記層間絶縁材を介装しつつ前記導体を前記芯部の外周に複数層をなすように巻き付けて前記コイルを形成する巻き付け工程と、前記芯部の外周に巻き付けられた前記導体の周囲に液状の熱硬化性樹脂を配し熱硬化させてモールド材を形成し、前記コイルをモールドするモールド工程と、を備え、前記巻き付け工程は、前記熱硬化性樹脂が透過可能な帯状シート材の一端部を、その長手方向が前記芯部の軸方向と平行をなすように前記芯部の外周に配し、当該帯状シート材の外層側から前記導体を前記芯部に螺旋状に１巻以上巻きつけて帯状シート材固定部を形成し、前記帯状シート材の他端側を折り返して前記帯状シート材固定部を前記帯状シート材で内層側及び外層側から挟みつつ、折り返した前記帯状シート材をその長手方向が前記芯部の軸方向と平行をなすように前記芯部の外周に配し、折り返した前記帯状シート材の外層側から前記帯状シート材固定部と並ぶように前記導体を前記芯部に螺旋状に巻き付けて、前記芯部の外周に前記コイルの第１層目の層を形成する第一ステップと、前記第１層目の層の外層側に前記層間絶縁材を配する第二ステップと、前記第１層目の層の前記導体巻終り端側であって前記層間絶縁材の外層側に前記導体を１巻き以上巻き付けて固定用巻き付け部を形成した後、前記帯状シート材を再度折り返して前記固定用巻き付け部を外層側から前記帯状シート材で覆いつつ、前記帯状シート材をその長手方向が前記芯部の軸方向と平行をなすように、前記層間絶縁材の外層側に配する第三ステップと、前記層間絶縁材の外層側に配した前記帯状シート材の外層側に、前記固定用巻き付け部と並ぶように前記導体を螺旋状に巻き付けて前記コイルの新たな層を形成する第四ステップと、前記第二ステップ、前記第三ステップ、及び前記第四ステップをこの順で所定回数繰り返す第五ステップと、を有することを特徴とする。
この樹脂モールドコイルの製造方法においては、前記帯状シート材が絶縁性及び耐熱性を有することが好ましい。

また、本発明の他の態様に係る樹脂モールドコイルは、絶縁物で被覆された１本の導体を筒状の芯部の外周に複数層をなすように巻き付けてなるコイルと、前記コイルの各層間にそれぞれ介装された筒状の層間絶縁材と、前記導体の周囲を覆うモールド材と、前記導体を固定する帯状シート材と、を備え、前記モールド材は、前記導体の周囲に配された液状の熱硬化性樹脂を熱硬化した硬化樹脂からなり、前記帯状シート材は前記熱硬化性樹脂を透過する樹脂モールドコイルであって、前記導体は、前記芯部の軸方向端部に前記コイルの各層の巻終り及び巻始めが交互に出現するように螺旋状に複数層巻かれ、前記コイルの各層には、前記帯状シート材が、その長手方向と前記コイルの軸方向とを平行とし、前記導体の巻始め側は前記導体の外層側、前記導体の巻終り側は前記導体の内層側、前記外層側と前記内層側の境界は前記導体間に配置され、前記コイルの軸方向端部では、前記コイルの連続する層間の前記帯状シート材が、内周側に位置する巻終り側と外周側に位置する巻始め側とで連結していることを特徴とする。
この樹脂モールドコイルにおいては、前記帯状シート材が絶縁性及び耐熱性を有することが好ましい。
さらに、本発明の他の態様に係るモールド変圧器は、前記樹脂モールドコイルと、前記芯部に挿通された鉄心と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る樹脂モールドコイル及びモールド変圧器は、モールド材中の空隙欠陥の残存が少なく絶縁特性に優れ、長期信頼性に優れている。また、本発明に係る樹脂モールドコイルの製造方法は、モールド材中の空隙欠陥の残存が少なく絶縁特性に優れ、長期信頼性に優れた樹脂モールドコイルを製造することができる。

本発明に係る樹脂モールドコイルの一実施形態を示す断面図である。樹脂モールドコイルの製造方法を説明する断面図である。樹脂モールドコイルの製造方法を説明する断面図である。本発明の一実施形態に係るモールド変圧器の構成例を示す一部破砕正面図である。軸方向端部の導体が帯状シート材で固定されたコイルの模式的断面図である。巻き付け工程を説明する模式的断面図である。巻き付け工程を説明する模式的断面図である。巻き付け工程を説明する模式的断面図である。従来の一般的な導体の巻き方を説明する模式図である。軸方向端部の導体が粘着テープで固定されたコイルの模式的断面図である。

本発明に係る樹脂モールドコイル及びその製造方法並びにモールド変圧器の実施の形態を、図１〜８を参照しながら詳細に説明する。なお、図１〜３、図５の（ａ）、及び図６〜８は、樹脂モールドコイル１の軸方向に沿う平面で切断した場合の断面図であり、図５の（ｂ）は、樹脂モールドコイル１の軸方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。

図１の樹脂モールドコイル１は、絶縁性を有する保護フィルムを筒状（円筒状又は角筒状）に形成した芯部２と、１本の導体３を芯部２の外周に複数層（図１の例では３層）をなすように巻き付けてなるコイル１２と、コイル１２の各層間にそれぞれ介装された筒状（円筒状又は角筒状）の層間絶縁材４と、導体３の周囲を覆うモールド材５と、を備えている。
この導体３は、断面円形であり、エナメル等の絶縁物の被膜３ａで表面が被覆されている。導体３の巻き方については、図９に示す従来の一般的な巻き方と同様である。また、モールド材５は、エポキシ樹脂等の液状の熱硬化性樹脂を熱硬化した硬化樹脂である。
さらに、層間絶縁材４は、筒状に形成した絶縁シートで構成されていて、コイル１２の各層間を絶縁している。そして、軸方向に隣接する導体３と層間絶縁材４との間には、導体３に沿って螺旋状に連続し連続方向に直交する断面が略三角形状である空隙部１０が、導体３と層間絶縁材４とに囲まれて形成されるが、層間絶縁材４は、該空隙部１０に液状の熱硬化性樹脂を注入するための貫通孔（図示せず）を複数有している。

次に、図１に示す樹脂モールドコイル１の製造方法を、図２，３を参照しながら説明する。まず、柱状（円柱状又は角柱状）に形成された内金型６の外周面に保護フィルムを筒状に巻き付けて芯部２を形成した後に、導体３を芯部２の外周に複数層（図２，３の例では３層）をなすように巻き付けてコイル１２を形成する（巻き付け工程）。このとき、コイル１２の各層間には、筒状に形成した絶縁シートを層間絶縁材４としてそれぞれ介在させる。また、最外層の外層側にも層間絶縁材４を配する。巻き付け工程の詳しい内容については後述する。
各層間に層間絶縁材４を介装しつつ導体３を芯部２の外周に複数層をなすように巻き付けてコイル１２を形成すると、軸方向に隣接する導体３と層間絶縁材４との間に空隙部１０が形成されるとともに、軸方向に隣接する導体３と芯部２との間に空隙部９が形成される。いずれの空隙部９，１０も、導体３に沿って螺旋状に連続し、連続方向に直交する断面は略三角形状である。

次に、図３に示すように、内金型６を外金型７の内側に装着し、外金型７に形成された樹脂注入口８から外金型７内に液状（未硬化）の熱硬化性樹脂１１を注入する。このとき、内金型６は、コイル１２の軸方向を水平にして外金型７内に装着されており、また、熱硬化性樹脂１１は、コイル１２の上方（コイル１２の径方向外方）からコイル１２の外周面に向かって注入される。
よって、コイル１２の上側の外周面に落下した熱硬化性樹脂１１は、図３において破線矢印で示すように、最外側の層間絶縁材４の貫通孔を通ってコイル１２の内部に浸入し、さらに、内部各層の層間絶縁材４の貫通孔を順次通ってコイル１２の径方向内側へ径方向に含浸していき、各層の空隙部１０に流入する。そして、径方向最内側に至った熱硬化性樹脂１１は、空隙部９に流入することとなる。

また、コイル１２の外周面を伝って外金型７の下部に落下した熱硬化性樹脂１１は、コイル１２の下側の外周面に接するので、図３において破線矢印で示すように、最外側の層間絶縁材４の貫通孔を通ってコイル１２の内部に浸入し、さらに、内部各層の層間絶縁材４の貫通孔を順次通ってコイル１２の径方向内側へ径方向に含浸していき、各層の空隙部１０に流入する。そして、径方向最内側に至った熱硬化性樹脂１１は、空隙部９に流入することとなる。すなわち、熱硬化性樹脂１１は、コイル１２の下側に形成されている貫通孔を通って上方に上がっていき、コイル１２の径方向内側へと含浸していく。
さらに、熱硬化性樹脂１１は、図３において実線矢印で示すように、コイル１２の軸方向端部の開口部からコイル１２の内部に浸入し、コイル１２の軸方向中央側へ軸方向に含浸していき、各層の空隙部９，１０に流入する。

ただし、導体３は層間絶縁材４に対して締め付けて巻き回されており、その結果、空隙部９，１０は殆ど密閉された状態となっているため、熱硬化性樹脂１１は径方向に比べて軸方向には含浸しにくい。また、コイル１２における導体３の層数は通常は３〜５程度であるのに対して、一つの層のターン数は１００前後である場合もあるため、軸方向の含浸により熱硬化性樹脂１１が軸方向中央部の空隙部９，１０に至るのは容易ではない。このような理由から、多くの空隙部９，１０は、貫通孔を介した径方向の含浸によって熱硬化性樹脂１１が充填される。
このように、貫通孔を介した径方向の含浸により、導体３の周囲に液状の熱硬化性樹脂１１が配され、多くの空隙部９，１０において熱硬化性樹脂１１が殆ど隙間なく充填された状態となる。

次に、加熱処理を行うことにより熱硬化性樹脂１１を熱硬化させて、導体３の周囲をモールドする（モールド工程）。すなわち、硬化樹脂からなるモールド材５で導体３の周囲が覆われた状態となる。このとき、上記含浸によって、多くの空隙部９，１０は熱硬化性樹脂１１が殆ど隙間なく充填された状態となっているので、モールド材５中に存在する空隙欠陥の量は極少量に抑えられ、ほぼ完全に封止されている。よって、部分放電の発生量が少ないので、本実施形態の樹脂モールドコイル１は長期信頼性に優れている。
この樹脂モールドコイル１は、モールド変圧器、計器用変圧器、計器用変流器などの、樹脂にモールドされた高圧となる導体を備える電気機器に対して好適に用いることができる。特に、一次コイル側の電圧が３．３ｋＶ以上の高電圧機器に好適である。例えば、一次コイル及び二次コイルを本実施形態の樹脂モールドコイル１で構成し、それぞれのコイル１２の芯部２に鉄心を挿通すれば、長期信頼性に優れたモールド変圧器を得ることができる。

図４は、本発明の一実施形態に係るモールド変圧器の構成例を示す一部破砕正面図であり、図４の右側の破砕部は断面図である。図４に示されるように、本発明の一実施形態に係るモールド変圧器３１においては、鋼板が積層されてなる鉄心３２に、樹脂モールドされた高圧導体３３Ａ及び低圧導体３３Ｂが互いに同軸状に巻回されている。高圧導体３３Ａ及び低圧導体３３Ｂは、絶縁性のコイル受け３４を介して上フレーム３５と下フレーム３６とによって挟持されている。高圧導体３３Ａと低圧導体３３Ｂとで構成される導体３３は、３相分並べて配されている。なお、高圧導体３３Ａと低圧導体３３Ｂとの間に絶縁性のスペーサ３７が介装されているとともに、低圧導体３３Ｂと鉄心３２の主脚との間に絶縁性の間隙材３８が介装されている。

このようなモールド変圧器３１における高圧導体３３Ａ及び低圧導体３３Ｂのうち、特に高圧導体３３Ａとして本実施形態の樹脂モールドコイル１を用いることにより、導体の周囲で部分放電が発生することが十分に抑制されたモールド変圧器を実現することができる。
なお、層間絶縁材４を構成する絶縁シートは、以下のようにして製造してもよい。すなわち、液状の熱硬化性樹脂１１を透過しない樹脂シートに、金型を用いる方法等により、表裏両面を貫通する貫通孔を複数形成する加工を施す。このような方法であれば、特殊な絶縁材を用いることなく、安価に層間絶縁材４を製造することができる。

この樹脂シートは、絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート製のシートや、デュポン株式会社製のデュポンノーメックス紙（登録商標）を用いることができる。
また、絶縁性を有する繊維状材料を編むことにより形成された網状物を、絶縁シートとして用いてもよい。例えば、ナイロンやポリプロピレン等で構成された繊維状材料を格子状に編んだ網状物を用いてもよい。網状物の網目が「表裏両面を貫通する貫通孔」に相当するので、層間絶縁材４を構成する絶縁シートとして好適に使用することができる。網状物を用いれば、開口率は高いものの樹脂モールドコイル１の機械強度が低下することはない。

層間絶縁材４における貫通孔の開口率は、５０％以上とすることが好ましい。絶縁シートを筒状に形成して層間絶縁材４とする際には、絶縁シートを丸め、その周方向端部同士を重ねて接合する必要があるが、重なった部分において貫通孔が閉塞して熱硬化性樹脂１１の含浸性が低下しないようにするためには、開口率を５０％以上とすることが好ましいからである。
さらに、液状の熱硬化性樹脂１１には、充填材を添加してもよい。例えば、球状又は粉末状のシリカ等の補強材を添加すれば、モールド材５の強度を向上させることができる。充填材を添加した場合には、貫通孔の直径は、充填材が通過可能なサイズとする必要がある。

ここで、巻き付け工程について詳述する。導体３の巻き方は、図９に示す従来の一般的な巻き方と同様であるが、図９のような整列巻きの場合は、導体３を巻き付けてなる積層構造が、熱硬化性樹脂１１を熱硬化させてモールド材５でモールドする以前に崩れることを防ぐために、コイル１２の各層の軸方向端部の導体３を固定することが好ましい。従来においては粘着テープを用いて軸方向端部の導体を固定していたが、通常粘着テープは熱硬化性樹脂が透過しないので、粘着テープを貼り付けた部分に存在する空隙部には熱硬化性樹脂がほとんど含浸せず、熱硬化性樹脂の硬化後に空隙欠陥が残存してしまうという問題があった。

本実施形態においては、熱硬化性樹脂１１が透過可能な帯状シート材１４を用いて、コイル１２の各層の軸方向端部の導体３を押さえて固定することにより、導体３を巻き付けてなる積層構造が崩れることを防いでいる。以下に、帯状シート材１４を用いてコイル１２の各層の軸方向端部の導体３を固定しつつ芯部２に導体３を巻き付ける方法について、図５〜８を参照しながら説明する。なお、導体３が３層に巻き付けられた３層構造のコイル１２を例にして説明するが、本発明は３層構造に限定されず、２層構造や４層構造以上でも差し支えないことは勿論である。

帯状シート材１４の長手方向一端部を、芯部２の軸方向一端部（図６では左端部）の外周面に固定する（図６の（ａ）を参照）。固定方法は特に限定されるものではないが、例えば粘着テープ１３により固定してもよい。そして、帯状シート材１４の一端部近傍部分の上に導体３を例えば１巻き（２〜３巻きでもよい）巻き付け、帯状シート材固定部を形成する。次に、帯状シート材１４の他端部側を折り返して、前記１巻きの導体３を外層側から覆いつつ（すなわち、前記帯状シート材固定部の導体３を帯状シート材１４で内外から挟む）、その長手方向が芯部２の軸方向と平行をなすように芯部２の外周上に配する（図６の（ｂ）を参照）。

次に、芯部２の外周上に配された帯状シート材１４の外層側に、前記帯状シート材固定部の導体３に続けて導体３を螺旋状に巻き付けて（図６の（ｃ）を参照）、芯部２の外周上に配した帯状シート材１４の外層側にコイル１２の第１層（最内層）を形成する（図６の（ｃ）及び図７の（ａ）を参照）。
このような第１層の形成により、コイル１２の第１層の軸方向端部（図６では左端部）の導体３が、帯状シート材１４で押さえられ固定される。なお、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図７の（ａ）が、本発明の構成要件である「巻き付け工程の第一ステップ」に相当する。

続いて、第１層の外層側に層間絶縁材４を配する（図７の（ｂ）を参照）。この図７の（ｂ）が、本発明の構成要件である「巻き付け工程の第二ステップ」に相当する。
次に、第１層の外層側に配された層間絶縁材４の端部（前記帯状シート材固定部とは軸方向反対側の端部）の外層側に、導体３を例えば１巻き（２〜３巻きでもよい）巻き付けて、固定用巻き付け部１６を形成する（図７の（ｃ）を参照）。
そして、帯状シート材１４の他端部側を折り返して、帯状シート材１４で固定用巻き付け部１６を外層側から覆いつつ、帯状シート材１４を、その長手方向が芯部２の軸方向と平行をなすように、第１層の外層側に配された層間絶縁材４の外層側に配する（図７の（ｄ）を参照）。なお、図７の（ｃ）、（ｄ）が、本発明の構成要件である「巻き付け工程の第三ステップ」に相当する。

次に、第１層の外層側に配された層間絶縁材４の外層側に配した帯状シート材１４の外層側に、固定用巻き付け部１６に続けて導体３を螺旋状に巻き付けて、帯状シート材１４の外層側にコイル１２の第２層を形成する（図７の（ｅ）を参照）。
このような第２層の形成によって、コイル１２の第１層の軸方向右端部の導体３、及び、第２層の軸方向右端部の導体３（固定用巻き付け部１６）が、帯状シート材１４で押さえられるとともに、第２層の導体３の巻き付け力によって締め付けられるため、第１層及び第２層の軸方向右端部の導体３がいずれも固定される。なお、図７の（ｅ）が、本発明の構成要件である「巻き付け工程の第四ステップ」に相当する。

そして、第二ステップ、第三ステップ、及び第四ステップをこの順に行うサイクルを所定回数繰り返せば（本発明の構成要件である「巻き付け工程の第五ステップ」に相当する。）、帯状シート材１４を用いてコイル１２の各層の軸方向端部の導体３を固定しつつ芯部２に導体３を巻き付けて複数層のコイル１２を形成することができる。すなわち、第２層に続けて第３層を形成する場合には、前記サイクルを再度行う。なお、上記サイクルを繰り返す回数は、コイル１２の層数に応じて決定すればよい。

つまり、図７の（ｅ）の後に、第２層の外層側に層間絶縁材４を配した後に、第２層の外層側に配された層間絶縁材４の端部の外層側に、導体３を例えば１巻き（２〜３巻きでもよい）巻き付けて、固定用巻き付け部１６を形成する（図示せず）。
そして、帯状シート材１４の他端部側を折り返して、帯状シート材１４で固定用巻き付け部１６を外層側から覆いつつ、帯状シート材１４を、その長手方向が芯部２の軸方向と平行をなすように、第２層の外層側に配された層間絶縁材４の外層側に配する。

次に、第２層の外層側に配された層間絶縁材４の外層側に配した帯状シート材１４の外層側に、固定用巻き付け部１６に続けて導体３を螺旋状に巻き付けて、コイル１２の第３層を形成する（図８の（ａ）を参照）。
このような第３層の形成によって、コイル１２の第２層の軸方向左端部の導体３、及び、第３層の軸方向左端部の導体３（固定用巻き付け部１６）が、帯状シート材１４で押さえられ固定される。

第３層の形成が終了したら、その最終端を固定する。まず、最終端の導体３に帯状シート材１４の他端部を巻き付けた後に（図８の（ｂ）を参照）、巻き付けた帯状シート材１４を引っ張って締め付ける（図８の（ｃ）を参照）。次に、帯状シート材１４の余分な部分を切断する（図８の（ｄ）を参照）。これにより、最終端の固定がなされる。ただし、最外層は、その外層側に導体３を巻き付ける必要はないので、最終端の固定は強固である必要はない。また、最外層の外層側には高電界が発生しないので、最終端の固定には粘着テープを用いることもできる。

このようにして導体３を巻き付ければ、得られた樹脂モールドコイル１においては、芯部２の軸方向端部にコイル１２の各層の巻終り及び巻始めが交互に出現することとなる。コイル１２の各層には、帯状シート材１４が、その長手方向とコイル１２の軸方向とを平行にして配され、導体３の巻始め側では導体３の外層側、導体３の巻終り側では導体３の内層側、前記外層側と前記内層側の境界では導体３間に帯状シート材１４が配置される。そして、コイル１２の軸方向端部では、コイル１２の連続する層間の帯状シート材１４が、内周側に位置する巻終り側と外周側に位置する巻始め側とで連結している。

帯状シート材１４は粘着剤を有しておらず、液状の熱硬化性樹脂１１が透過可能であるため、粘着テープを用いて軸方向端部の導体３を固定する従来の場合とは異なり、熱硬化性樹脂１１のコイル１２の内部への浸入を妨げることがない。よって、帯状シート材１４を多量に使用したとしても、熱硬化性樹脂１１はコイル１２の径方向内側へ径方向に含浸していき、空隙部９，１０に流入するので、コイル１２は軸方向端部も含めてほぼ完全に封止されて、優れた絶縁性能が長期間にわたって確保される。

また、本実施形態の方法で導体３の巻き付けを行えば、一層の巻き終わりの端部と、その外側層の巻き始めの端部とを一体的に固定できるので、導体３の巻き付け作業時間を短縮することができる。
帯状シート材１４は、液状の熱硬化性樹脂１１が透過可能であれば、その種類は特に限定されるものではないが、ポリプロピレン、脂肪族ポリアミド等の樹脂製の網状材を用いることができる。
また、帯状シート材１４は、絶縁性及び耐熱性を有していることが好ましい。耐熱性が優れていれば、液状の熱硬化性樹脂１１を注型した際の温度上昇による熱変形が生じにくいので、コイル１２の層間での導体３の接触や帯状シート材１４の破断が生じにくくなり、安定して絶縁性を確保することができる。

絶縁性及び耐熱性を有する帯状シート材としては、ガラス繊維、セラミック繊維（例えばシリカ繊維、アルミナ繊維）、有機繊維（例えば、デュポン株式会社製の登録商標ノーメックス等の芳香族ポリアミド繊維）等の繊維から得られた布があげられる（例えば、ガラス繊維から得られたガラスクロス）。
さらに、導体の種類は特に限定されるものではないが、直径が０．７〜４ｍｍのものであれば、本発明を適用可能である。
また、帯状シート１４は、図５の（ｂ）にように、コイル１２の周方向の４隅に配置してもよいし、それ以上の数の帯状シート１４をコイル１２に配置してもよい。ただし、帯状シート１４は、コイル１２の周方向に等間隔をあけて配置した方がより好ましい。

１樹脂モールドコイル
２芯部
３導体
３ａ被膜
４層間絶縁材
５モールド材
９空隙部
１０空隙部
１１熱硬化性樹脂
１２コイル
１４帯状シート材
１６固定用巻き付け部
３１モールド変圧器
３２鉄心

Claims

絶縁物で被覆された１本の導体を筒状の芯部の外周に複数層をなすように巻き付けてなるコイルと、前記コイルの各層間にそれぞれ介装された筒状の層間絶縁材と、前記導体の周囲を覆うモールド材と、を備える樹脂モールドコイルの製造方法であって、
各層間に前記層間絶縁材を介装しつつ前記導体を前記芯部の外周に複数層をなすように巻き付けて前記コイルを形成する巻き付け工程と、前記芯部の外周に巻き付けられた前記導体の周囲に液状の熱硬化性樹脂を配し熱硬化させてモールド材を形成し、前記コイルをモールドするモールド工程と、を備え、
前記巻き付け工程は、
前記熱硬化性樹脂が透過可能な帯状シート材の一端部を、その長手方向が前記芯部の軸方向と平行をなすように前記芯部の外周に配し、当該帯状シート材の外層側から前記導体を前記芯部に螺旋状に１巻以上巻きつけて帯状シート材固定部を形成し、前記帯状シート材の他端側を折り返して前記帯状シート材固定部を前記帯状シート材で内層側及び外層側から挟みつつ、折り返した前記帯状シート材をその長手方向が前記芯部の軸方向と平行をなすように前記芯部の外周に配し、折り返した前記帯状シート材の外層側から前記帯状シート材固定部と並ぶように前記導体を前記芯部に螺旋状に巻き付けて、前記芯部の外周に前記コイルの第１層目の層を形成する第一ステップと、
前記第１層目の層の外層側に前記層間絶縁材を配する第二ステップと、
前記第１層目の層の前記導体巻終り端側であって前記層間絶縁材の外層側に前記導体を１巻き以上巻き付けて固定用巻き付け部を形成した後、前記帯状シート材を再度折り返して前記固定用巻き付け部を外層側から前記帯状シート材で覆いつつ、前記帯状シート材をその長手方向が前記芯部の軸方向と平行をなすように、前記層間絶縁材の外層側に配する第三ステップと、
前記層間絶縁材の外層側に配した前記帯状シート材の外層側に、前記固定用巻き付け部と並ぶように前記導体を螺旋状に巻き付けて前記コイルの新たな層を形成する第四ステップと、
前記第二ステップ、前記第三ステップ、及び前記第四ステップをこの順で所定回数繰り返す第五ステップと、
を有することを特徴とする樹脂モールドコイルの製造方法。
前記帯状シート材が絶縁性及び耐熱性を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールドコイルの製造方法。
絶縁物で被覆された１本の導体を筒状の芯部の外周に複数層をなすように巻き付けてなるコイルと、前記コイルの各層間にそれぞれ介装された筒状の層間絶縁材と、前記導体の周囲を覆うモールド材と、前記導体を固定する帯状シート材と、を備え、前記モールド材は、前記導体の周囲に配された液状の熱硬化性樹脂を熱硬化した硬化樹脂からなり、前記帯状シート材は前記熱硬化性樹脂を透過する樹脂モールドコイルであって、
前記導体は、前記芯部の軸方向端部に前記コイルの各層の巻終り及び巻始めが交互に出現するように螺旋状に複数層巻かれ、
前記コイルの各層には、前記帯状シート材が、その長手方向と前記コイルの軸方向とを平行とし、前記導体の巻始め側は前記導体の外層側、前記導体の巻終り側は前記導体の内層側、前記外層側と前記内層側の境界は前記導体間に配置され、
前記コイルの軸方向端部では、前記コイルの連続する層間の前記帯状シート材が、内周側に位置する巻終り側と外周側に位置する巻始め側とで連結していることを特徴とする樹脂モールドコイル。
前記帯状シート材が絶縁性及び耐熱性を有することを特徴とする請求項３に記載の樹脂モールドコイル。
請求項３又は請求項４に記載の樹脂モールドコイルと、前記芯部に挿通された鉄心と、を備えることを特徴とするモールド変圧器。