JP6510985B2

JP6510985B2 - 変圧器用複数線多段コイルの巻線方法、及び変圧器用複数線多段コイル

Info

Publication number: JP6510985B2
Application number: JP2015562603A
Authority: JP
Inventors: 大輔島尾; 井上　克明; 克明井上; 隆蔵田; 良太松葉
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: WO2015121943A1; JPWO2015121943A1

Description

本発明は、複数の線を多段のコイル状に巻き成形されるモールド変圧器に使用される変圧器用複数線多段コイルの巻線方法、及び変圧器用複数線多段コイルに関する。

従来、モールド変圧器に使用される変圧器用多段コイルとして、２本以上の平角電線を上下方向に多段に積層して、巻線していく巻線装置、及びその巻線装置によって製作された変圧器用複数線多段コイルが提供されている。

複数本の平角電線をディスク状に多段に積層し、筒状に積み上げコイル状に巻線していく場合、供給部から個別に供給される複数本の平角電線は、成形部において、平角電線をディスク巻きしたときに曲線部となる電線部分が、上下方向に多段に積層された重ね合わせ状態で圧延成形される。

成形部を出た平角電線は、次に積層部に送られるが、積層部においては、平角電線が互いに結束されていないフリーな状態であると、積層の際に各平角電線がバラバラになってしまう。その状態で積層し巻線を行うのは非常に困難なため、バラバラになった平角電線の形を整える作業が発生し、多くの時間を要し、多段コイルは結果的に高価な製品となってしまう。

その為、積層部に供給される以前で平角電線を結束しておく必要があり、各平角電線を上下方向に多段に積層させた状態で結束するには、平角電線をテープなどで結束しておくことが良く、その他、接着剤、又はかしめる等と言った結束手段もあり、こうした手段により結束することで、２本以上の平角電線をあたかも１本の平角電線と同様に成形し巻線することが可能であり、巻線の形を整える修正作業がなくせ、安価な製品として製作できる。

ディスク巻きされる平角電線については、最終的な巻き形状は一般的に矩形コイル型又は円形コイル型があり、本出願人が提案した平角電線を矩形状に巻き付けて多段コイルを製作する多段コイル製作装置が特許文献１、並びに特許文献２に開示されている。

これら特許文献１、並びに特許文献２に開示されている多段コイル製作装置は、個別に平角電線を供給できる供給部と、２本以上の平角電線を上下方向に多段に積層し、且つ拘束した状態にする拘束部と、拘束された平角電線の癖を取り除く為のレベラ部と、平角電線を巻取形状に合わせ能動的に送る送り部と、平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、平角電線を挟み込んで圧延する一対の圧延ローラと、圧延した平角電線を受けるストック部と、圧延ローラの挟み込み角度を制御する圧延ローラ制御部とを備えている。そして、例えば、２本以上の平角電線が矩形コイル状に成形される際には、平角電線の角となる曲線部と辺となる直線部の成形を繰り返しを行って、且つ内周側から外周側に巻き付けるときには曲率半径を徐々に大きくし、外周側から内周側に巻き付けるときには曲率半径を徐々に小さくして、曲線部から直線部に入る瞬間に圧延ローラを平行にして平行圧延することで直線部を成形し、直線部の断面積を最内周曲線部の断面積とほぼ等しくすることで、矩形状の多段コイルを効率的且つ自動的に製作することを図っている。

特開２００９−２７７９１４号公報特開２０１０−２４５１６９号公報

従来技術としては、単線、又は２本以上の平角電線を上下方向で重ね、巻き取る装置まで開発されており、現状１０００ｋＶＡまでのモールドコイルの巻線技術が確立されている。しかし、１５００ｋＶＡ以上の大型機種のモールドコイルの巻取では、上下方向に多段で積層した巻き取り方が採用され、この方法では浮遊損が大きくなるため、コイルの大型化、特性悪化の懸念がある。その解決策として２本以上の平角電線を左右方向に並列にし、巻き取る技術が必要となった。

ところで、２本以上の平角電線を上下方向で重ねテープなどで結束し、巻取る場合は、平角電線をディスク巻きしたときに、曲線部となる電線部分を圧延成形するが、上下方向で重ねた部分に対して、側面方向からの圧延成形であるため、重なっている各平角電線の圧延成形後の寸法はそれぞれ同等となる為、１つの平角電線として扱える。

しかし、２本以上の平角電線を水平方向である左右方向で並べ、並べている方向から圧延成形する場合は、曲線部となる内側の平角電線の寸法と外側の平角電線の寸法とが異なり、内外周差が生じてしまう。その為、左右方向に並べた平角線の拘束力を強化した場合、外側の平角電線の曲線部の距離は、内側の平角電線の距離よりも長くなり、圧延成形後の外側の平角線の断面形状は、細く変形してしまい、特性が悪化すると言った問題がある。

また、左右方向に並べた平角線の圧延成形による拘束力が弱い場合は、拘束力の弱さから平角線にずれなどが生じ、結束しているテープ、又は接着剤などが外れてしまう。更に、圧延成形の際、内外での各平角電線での内外周差による摩擦も発生する事から、テープ等により結束した状態での左右方向の圧延成形は困難が生じることがある。しかし、２本以上の平角電線を多段とし巻取る場合に、仮に、テープ、又は接着剤などの結束手段を適用しなければ、平角電線を圧延成形後に積層部へ送る際、拘束された平角線はバラバラとなってしまうことがあり、その修正作業が発生するため、圧延成形後等のどこかのタイミングで自動的に平角線を結束させる必要があり、こうした課題を解消できる圧延成形技術の開発が必須である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、水平方向に２本以上並べて配置された平角線を、圧延しながらコイル巻きするとき、内側の平角線とそれよりも外側の平角線とには内外周差が生じるが、当該内外周差が生じても、外側の平角線に変形が生じることなくコイル巻きできる変圧器用複数線多段コイルの巻線方法、及び当該巻線方法により成形された変圧器用複数線多段コイルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、変圧器用複数線多段コイルの巻線方法に係る発明は、平角線を水平方向に２本以上並べて水平面内で同時に圧延しながらコイル巻きするようにし、前記水平方向に２本以上並べて配置した平角線を、水平面内でコイル状に巻き取る際に、内側の平角線の送り量よりも外側の平角線の送り量を多くする。

また、変圧器用複数線多段コイルに係る発明は、平角線を水平方向に２本以上並べて水平面内で同時に圧延しながらコイル巻きするようにし、前記水平方向に２本以上並べて配置した平角線を、水平面内で円形コイル状に巻き取る際に、内側の平角線の送り量よりも外側の平角線の送り量を多くし、前記水平方向に２本以上並べて配置した平角線を、円形コイル状に巻き成形する手段の上流側近傍で結束したものである。

また、変圧器用複数線多段コイルに係る発明は、平角線を水平方向に２本以上並べて水平面内で同時に圧延しながらコイル巻きするようにし、前記水平方向に２本以上並べて配置した平角線を、水平面内で矩形コイル状に巻き取る際に、内側の平角線の送り量よりも外側の平角線の送り量を多くし、前記水平方向に２本以上並べて配置した平角線を、同時に同じ移動量で直線送りをし、該直線送りされた平角線を、水平面内で矩形コイル状に巻き取る際に、内側の平角線の送り量よりも外側の平角線の送り量を多くし、前記水平方向に２本以上並べて配置した平角線を、矩形コイル状に巻き成形する手段の上流側近傍で結束したものである。

本発明の効果は、水平方向に２本以上並べて配置された平角線を、水平面内で圧延しながらコイル巻きするときに、内側の平角線とそれよりも外側の平角線とには内外周差が生じるが、内側の平角線の送り量よりも外側の平角線の送り量を多くすることで、外側の平角線が変形したり摩耗したりすることを防止することができる。

また、水平方向に２本以上並べて配置された平角線は、圧延成形されながらコイル状に巻き取られる際、当該コイル状に巻き成形する手段の上流側の近傍で結束される。これにより、結束されると共にコイル状に多段に成形された平角線が、バラけてしまうことを防止することができる。

水平方向に２本並べて配置された平角電線を水平面内でコイル巻きする変圧器用多段コイル巻線装置の実施例を示す概略鳥瞰図である。水平方向に２本、上下方向に２本並べて配置された平角電線をコイル巻きする変圧器用多段コイル巻線装置の実施例を示す概要図である。水平方向に２本並べて配置された平角電線をコイル巻きする巻線方法を示す説明図である。変圧器用多段コイル巻線装置にて圧延成形された平角電線の形状を示す概要図であり、（ａ）は上下方向に並べた平角電線を圧延成形したものを示し、（ｂ）は水平方向に並べた平角電線を圧延成形したものを示し、（ｃ）は上下方向及び水平方向に並べた平角電線を圧延成形したものを示している。変圧器用多段コイル巻線装置にて製作された変圧器用複数線多段コイルを示す鳥瞰図であり、（ａ）は矩形コイル状にコイル巻きしたものを示し、（ｂ）は円形コイル状にコイル巻きしたものを示している。変圧器用多段コイル巻線装置にて製作された変圧器用複数線多段コイルの一例を示す鳥瞰図であり、（ａ）は矩形コイル状にコイル巻きしたものを示し、（ｂ）は円形コイル状にコイル巻きしたものを示している。変圧器用多段コイル巻線装置にて製作された変圧器用複数線多段コイルの一例を示す鳥瞰図であり、（ａ）は矩形コイル状にコイル巻きしたものを示し、（ｂ）は円形コイル状にコイル巻きしたものを示している。

先ず、本発明に係る変圧器用多段コイル巻線装置の構造について以下に説明する。

図１は、水平方向に２本以上並べて配置された平角電線を水平面内で圧延成形しながらコイル巻きし、変圧器用複数線多段コイルを製造する変圧器用多段コイル巻線装置であり、図４（ｂ）は、当該変圧器用多段コイル巻線装置で圧延成形されたものを示している。

図２は、水平方向のほか上下方向に並べて配置された平角電線を圧延成形しながらコイル巻きし、変圧器用複数線多段コイルを製造する変圧器用多段コイル巻線装置であり、図４（ａ）及び図４（ｃ）は、当該変圧器用多段コイル巻線装置で圧延成形されたものを示している。

図１、図２に示す変圧器用多段コイル巻線装置は、個別に電線部材である平角電線２０等を複数本供給することができる供給部１を有している。

更に前記電線部材の供給部としては、図１に示すように横置き供給部２、及び縦置き供給部３を備えているのが良く、また、前記平角電線２０の断面形状、又はコイルの巻取り方式に合わせ横置き供給部２、及び縦置き供給部３を切り替えて、又は併用し使用できる。

変圧器用多段コイル巻線装置は、供給部１から供給されてきた平角電線２０の癖を取り除く為のレベラ部４を有しており、平角電線２０の折れや撚り等を矯正し真っ直ぐにすることで、隙間なく巻き取ることが可能である。

図１に示す変圧器用多段コイル巻線装置は、供給部１から供給されてきた平角電線２０を素早く切り替えることができるよう、切り替え機構５を有しており、平角電線２０が無くなった際や機種変更による前記平角電線２０の交換の際に素早く対応ができる。

図１、２に示す変圧器用多段コイル巻線装置は、レベラ部４から供給されてきた平角電線２０をコイル形状に合わせ、適切な量を送り出すことが可能な送り機構部６を複数有している。送り機構部６は、複数本の前記平角電線２０を、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、左右方向に多段で並べて成形する際の内外周差に合せ、内側の平角線のよりも外側の平角線の送り量を多くするよう制御することが可能である。

また、複数本の前記平角電線２０を、図３（ａ）に示すように、上下方向に多段で積層し成形する為に送る場合は、図２に示すように、送り機構部６の直前に上下方向に複数本多段で積層された平角電線２０を拘束する為の上下方向拘束機構７があると良い。また、送り機構部６の送り方式としては、連続で平角電線２０を送れるよう、２本の送りハンドを有し、当該ハンドが、平角電線２０を持ち替える動作、及び、交互に前後させることを行うことで、停滞時間を少なく平角電線２０を送ることが可能である。なお、当該ハンドの代わりに、平角電線２０をベルト形状のもので両サイドから挟み込み、ベルトを回転させ連続して平角電線２０を送り出す、ベルト駆動式とすることも可能である。

図１、２に示す変圧器用多段コイル巻線装置は、送り機構部６から供給されてきた２本以上の平角電線２０を水平方向に並べる為、送り機構部６よりも下流側に電線幅ガイド部８を備えている。送り機構部６から電線幅ガイド部８の下流側に設けられた成形部９までの間に配置された、２本以上の水平方向に配置されている平角電線２０は、電線幅ガイド部８によりガイドすることが可能である。なお、電線幅ガイド部８は、２本以上の水平方向に配置された平角電線２０の内外周差に対応した個別の送り量で、平角電線２０をそれぞれガイドすることが可能である。また、前記成形部９は、円形コイル状や矩形コイル状に平角電線２０を圧延しながら巻き成形するものである。

ここで、２本以上の複数の平角電線２０を上下方向に多段で積層した供給方法に関して説明する。この場合には、送り機構部６以前で既に平角電線２０が積層、及び拘束され、あたかも１つの平角電線２０として送り出す事が可能である。そして、積層、及び拘束された平角電線２０が、電線幅ガイド部８により上下方向に多段に積層するようガイドすることも可能であれば更に良い。

また、図１、２に示す変圧器用多段コイル巻線装置には、２本以上の左右方向等に並べた状態の平角電線２０を結束する手段として、左右方向拘束機構１０を有している。当該左右方向拘束機構１０は成形部９の上流側近傍の、当該成形部９の直前に配設されており、平角電線２０を矩形コイル状で巻き成形する場合、２本以上の平角電線２０が直線送りされる前のタイミングで、前記２本以上の平角電線２０は平角電線結束用テープ１７により結束される。

平角電線２０を結束するタイミングとしては、コイル状で巻き成形を終えた時点で、左右方向拘束機構１０を通過途中の平角電線２０であり、平角線の直線部分１５が送られている間で、送ったのちに曲線的に成形されるＲ成形部分１６に差しかからない位置であれば、２本以上並べられた平角電線２０の内外周差の影響を受けることがない為、結束が可能である。

また、円形コイル状や矩形コイル状に平角電線２０を巻き成形する成形部９の機構としては、ロール成形の方式にて徐々に所望の曲線となるよう圧延成形するのが良く、複数本の内側成形用ローラ、及び外側成形用ローラからなり、前記各ローラを個別で制御することで、所望の曲線にて平角電線２０を成形できる。

図１に示す変圧器用多段コイル巻線装置には、平角電線２０が円形コイル状や矩形コイル状に巻き成形されるとき、直線的に送られてくる平角電線２０が折れ曲がったり、引っかからないように防止する為の受け機構１１を有している。なお、受け機構１１には、成形、又は直線的に送られてくる平角電線２０を結束する手段を設けておいても良い。その場合、上下方向の積層、又は左右方向に並べた平角電線２０の両方を結束できる機構であり、上下方向拘束機構７と左右方向拘束機構１０が不要となるが、受け機構１１で平角電線２０を結束する場合は、成形された後の平角電線２０に追従し、バラけるのを防止しながら結束する必要があるため、機構、及び制御が複雑となり、装置自体のコスト高となる。また、拘束するまでに平角電線２０がバラける可能性もあるため、別途平角電線２０のガイド機構などがあれば良い。

図１、２に示す変圧器用多段コイル巻線装置には、成形部９により巻き成形された平角電線２０を巻き取る為の巻型、巻軸１２、及び、成形部９により送られてくる平角電線２０に合わせて前後左右、及び成形する方向へ回転動作する巻き取り追従ユニット１３を有している。

図１、２に示す変圧器用多段コイル巻線装置には、更に巻き成形により巻き取った平角電線２０の量に追従し、上下方向に動作するコイル受け部１４を有しており、当該コイル受け部１４により、平角電線２０が巻き取られて行く中で、平角電線２０の自重よる変形を防止できる。

図１や図２に示す変圧器用多段コイル巻線装置は、平角電線２０を複数本上下方向に積層、乃至は左右方向に並べた状態等で拘束し、矩形コイル状、又は円形コイル状に圧延成形し、内側から外側へ、又外側から内側へ向かって多段に巻き取りを行うものであるが、巻型、巻軸１２が積極的に巻き取りを行うと平角電線２０が変形してしまう為、実際には外力が掛からない様、図２に示す積層部２１等に積み重ねて積層して行く。

また、図１や図２に示す変圧器用多段コイル巻線装置で２本以上の平角電線２０を結束する手段としては、テープなどが良く、その他では接着剤などの結束方法もあり、その結束する手段の材質としては、紙や絶縁物など、平角電線２０がコイルになった際の特性に耐えうる素材であれば良い。また、平角電線２０が傷つかず、成形部９による巻き成形の際などに、平角電線２０の断面積での増減がなければ、かしめると言った結束手段でもよい。

図６、７は、図１や図２に示す変圧器用多段コイル巻線装置により、平角電線２０をコイル状にコイル巻きして得られる変圧器用複数線多段コイルに構成される平角電線２０を、平角電線結束用テープ１７を用いて結束した状態を示している。また、図５は、変圧器用複数線多段コイルの平角電線２０を結束しない状態を示している。

平角電線結束用テープ１７は、材料自体に厚みがあるため、積み重ね積層される平角電線２０の積み高さ１８，１８Ａ，１８Ｂ，１９，１９Ａ，１９Ｂが高くならないよう、極力薄いものが望ましい。しかし、図６に示すように、極力薄い平角電線結束用テープ１７で平角電線２０を結束したとしても、平角電線結束用テープ１７が各巻きにおいて同じ位相位置（図では４つの位相位置）に集中してしまうと、平角電線２０の積み高さ１８Ａ、１９Ａが高くなり、コイル高さが増大するという問題がある。

そこで、コイル高さをなるべく低く抑えるようにするため、図７に示すように、平角電線２０を積層して積層部２１を形成した際、平角電線結束用テープ１７がディスク巻きの同じ位相位置に集中しないように、拘束機構で平角電線結束用テープ１７の貼り付ける位置を制御しながら製作するのが良い。これにより、平角電線結束用テープ１７で平角電線２０を結束した場合の積層高さ１８，１９を極力低く抑えることができる。

ここで、図１に示す変圧器用多段コイル巻線装置より、水平方向に２本並べて配置された平角電線２０をコイル巻きするときの巻線方法について図３に基づき以下に説明する。なお、図３では、水平方向に２本並べられた平角電線２０について、内側の平角線を下に示し、その外側の平角線を上に示す。

変圧器用多段コイル巻線装置を稼動すると、（ａ）に示すように、２本の平角電線２０は、同じ速度で直線送りされていく。

次に、（ｂ）に示すように、２本の平角電線２０のコイル巻きが開始されると、内側の平角電線２０の送り速度よりも、外側の平角電線２０が速い速度で送られる。

次に（ｃ）に示すように、内側の平角電線２０の送り速度よりも、外側の平角電線２０が速い速度で送られていく状態で、成形部９により２本の平角電線２０が同時に圧延されながら所定形状に曲げ加工され、その直後に、曲げ加工のなされた部分の近傍に位置する、曲げ加工部分の上流側が、平角電線結束用テープ１７により結束される。なお、２本の平角電線２０が同時に圧延されながら曲げられるときには、（ｃ）に示すように、２本の平角電線２０を同時に圧延する成形部９に構成された内側成形用ローラ及び外側成形用ローラが、平角電線２０の進行方向へ移動するといった位置制御がなされながら行われる。

次に、２本の平角電線２０の曲げ加工及び平角電線結束用テープ１７による２本の平角電線２０の結束が終了すると、（ｃ）にて進行方向へ移動された内側成形用ローラ及び外側成形用ローラは、後退されることで元の位置へ戻り、２本の平角電線２０は、再び同じ速度で直線送りされていく。

そして、（ｅ）に示すように、こうした（ａ）〜（ｄ）に示す一連の動作が繰り返し行われることで、２本の平角電線２０は、矩形コイル状にコイル巻きされ、それにより、変圧器用複数線多段コイルが製造される。

以上のような、変圧器用複数線多段コイルとして用いられる平角電線２０の巻線方法によれば、平角電線２０を水平方向に２本以上並べて水平面内で同時に圧延しながらコイル巻きするようにし、水平方向に２本以上並べて配置した平角電線２０を、水平面内で成形部９によりコイル状に巻き取る際に、内側の平角線の送り量よりも外側の平角電線２０の送り量を多くする。

さらに、２本以上並べて配置した平角電線２０は、成形部９により圧延されながら、矩形コイル状又は円形コイル状に巻き成形されるが、成形部９の上流側の近傍には左右方向拘束機構１０が配置されており、左右方向拘束機構１０は成形部９の近傍で、２本以上並べて配置した平角電線２０が、平角電線結束用テープ１７を用いて結束される。

よって、水平方向に２本以上並べて配置された平角電線２０を、水平面内で圧延しながらコイル巻きするときに、内側の平角電線２０とそれよりも外側の平角電線２０とには内外周差が生じるが、内側の平角電線２０の送り量よりも外側の平角電線２０の送り量を多くすることで、外側の平角電線２０が変形したり摩耗したりすることを防止することができる。

さらに、水平方向に２本以上並べて配置された平角電線２０は、圧延成形されながらコイル状に巻き取られる際、当該コイル状に巻き成形する手段である成形部９の上流側近傍で結束される。これにより、コイル状に多段に成形された平角電線２０が、バラけてしまうことを防止することができる。

１‥供給部
２‥横置き供給部
３‥縦置き供給部
４‥レベラ部
５‥切り替え機構
６‥送り機構部
７‥上下方向拘束機構
８‥電線幅ガイド部
９‥成形部
１０‥左右方向拘束機構
１１‥受け機構
１２‥巻型、及び巻軸
１３‥巻き取り追従ユニット
１４‥コイル受け部
１５‥直線部分
１６‥Ｒ成形部分
１７‥平角電線結束用テープ
１８，１８Ａ，１８Ｂ‥積み高さ（矩形形状）
１９，１９Ａ，１９Ｂ‥積み高さ（円形形状）
２０‥平角電線（平角線）
２１・・積層部

Claims

水平方向を横方向として当該横方向の幅が縦方向の高さよりも広い平角線を水平方向に２本以上並べて配置し、水平面内で前記平角線を前記横方向外側から挟み込むように圧延しながらコイル状に巻き取り、
前記コイル状の曲線部分を、当該曲線部分の内側となる前記平角線の送り速度よりも当該曲線部分の外側となる前記平角線の送り速度を速くして曲げ加工を行い成形する
ことを特徴とする変圧器用複数線多段コイルの巻線方法。
請求項１に記載の変圧器用複数線多段コイルの巻線方法において、
前記曲げ加工を行った部分の近傍に位置する前記巻き取りの上流側の部分を結束する
ことを特徴とする変圧器用複数線多段コイルの巻線方法。