JPS6344283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、巻線の内径側および外径側表面に対
する外側のターンの絶縁が心線の通常絶縁に比較
して強化されている単一もしくは二重のハイセル
キヤツプ巻きコイルから成る円板コイル型巻線に
関するものである。

単純な円板コイル型巻線は個々のコイルに沿つ
て軸方向に非直線のサージ電圧分布特性を持つて
いるので、サージ電圧が印加されると隣接する２
つのコイル間に閃絡を生じることがある。

西独特許第975856号明細書によれば、コイルを
いわゆるハイセルキヤツプ巻きとすることによつ
てサージ電圧の分布特性を大幅に直線化し、それ
により閃絡を大幅に防止することは公知である。
ハイセルキヤツプ巻き型円板コイルの実施例を第
１図と第２図に断面図で示す。第１図はハイセル
キヤツプ巻きされた２つの単一コイルの例であ
り、第２図はハイセルキヤツプ巻きされた一対の
二重コイルの例である。これらの円板コイルのタ
ーンにはそこに記入された番号の順序に負荷電流
が流れる。

円板コイルはそれぞれ巻線工程に際して同時に
かつ空間的に互に並列に導かれる２本の心線を巻
回して構成される。続いて各円板コイルの内径側
の心線端どうしをろう溶接して電気的に直列接続
し、各ターンはその番号の順序に従つて高圧端子
側から、したがつて、サージ電圧インパルスの侵
入点から隔てられている。それに相応してターン
指数が大きくなるにつれて対地電位に対する電圧
は低くなる。したがつてターン指数は巻線入力端
に対するターン電圧の倍数を表わすものと見るこ
ともできる。１個の円板コイルを一度通過すると
きの電圧降下は、導体に沿つて現れるブランチ電
圧と称する。それにより、単一コイル巻線の場合
は互いに隣接するターン間にブランチ電圧に等し
い電圧が生じ、二重コイル巻線の場合は隣接ター
ン間にブランチ電圧の２倍に等しい電圧が生ず
る。したがつて単一コイル巻線の方が大きなサー
ジ電圧負荷に際して有利である。

しかし残念なことに公知のハイセルキヤツプ巻
き型の円板コイル巻線も欠点を持つている。すな
わちそれはターン間負荷が大きくなることであ
る。その理由は、ハイセルキヤツプ巻きではない
二重コイルの場合に生ずる単純なターン間電圧の
代りに、互いに隣接するターン間にブランチ電圧
に等しい電圧またはその複数倍の電圧が生ずるか
らである。その電圧はサージ侵入の際には比例計
算で得られる値の数倍にも達する。そのため円板
コイル内または円板コイル相互間に前駆放電が生
ずるのを避けることができない。それ故にハイセ
ルキヤツプ巻きコイルの場合、単純なコイルより
もターン絶縁を強化し、ターン閃絡が生じないよ
うにしているが、ターンの縁部における前駆放電
は避けることができない。かくしてハイセルキヤ
ツプ巻きによつて得られる直列キヤパシタンスの
一部が失われることになる。

層巻線に関する西独特許第2246398号明細書に
記載されている装置の入力ターンと同様に、従来
行われている円板コイル型巻線においては、縁部
の電界による前駆放電に対する保護のため、巻線
の内径側ないし外径側の表面にあるターンの縁部
が強化されている。しかし、このような観点から
強化された絶縁部を設計する場合、やはり直列キ
ヤパシタンスが減少したり、１つの円板コイル内
のもつとも内径側またはもつとも外径側に相隣接
する２つのターン間のブランチ電圧と他の円板コ
イルに対するブランチ電圧との相乗作用により絶
縁部に弱点が生じたりするのが欠点である。その
ためコイルの縁部の前駆放電は避けられるとして
も、ターン間の前駆放電は避けることができな
い。

これはハイセルキヤツプ巻きコイル巻線の縦方
向強度の問題点から生ずる。ハイセルキヤツプ巻
きにより２つの隣接コイル間のサージ電圧の差
は、ハイセルキヤツプ巻きでないコイルに対して
全体的に強化された心線絶縁の場合、上記２つの
隣接コイル間に閃絡を生じない程度に低減され
る。しかし電圧をさらに高くすると、隣り合う２
つのターン間もしくはコイル間に閃絡を生ずる前
に複数のコイルを介して縦方向の閃絡が生ずる。

このような縦方向の閃絡の原因は既に明らかに
されている。広く認められている説によれば、あ
る円板コイルの両端縁ターンの外側縁部の油中電
界強度は他のコイルに対して上述の放電の原因に
なるものと推定される。この理由からこれらのタ
ーンの絶縁が西独特許第2246398号明細書に記載
されている装置と同様に強化されるか、心線絶縁
がアングル状縁部保護部材によつて強化された。
しかし、これらの対策にもかかわらず、試験電圧
を定格電圧以上に上昇させて行くと、まず入力端
から遠く離れているコイルに外表面に沿つて縦方
向の閃絡が起こる。このことは縁部保護部材によ
つても避けることができない。

そこで本発明の目的は、心線絶縁の強化を、経
済性を考慮し、かつハイセルキヤツプ巻きによつ
て得られる大きな直列キヤパシタンスを維持しな
がら、試験電圧を印加したときに互いに隣り合う
ターン間にも、また円板コイル相互間にも前駆放
電が生じないようにして達成することにある。

この目的を達成するに当り本発明は次のことを
前提にしている。すなわち、円板コイルの半径方
向のもつとも内径側または外径側の２つのターン
間の電圧が複数の円板コイルに沿つて軸方向に推
移する電圧に同じ向きで重畳されるならば、隣接
ターン間の高電界が軸方向閃絡の原因の一つとな
るというのがそれである。このことは特に円板コ
イルの内外周縁部においてあてはまることであ
る。これに対して個々の円板コイルの半径方向中
央部ではターンからターンへの電圧は単調には増
加せず、交互に増加および減少するので、ここで
は貫通閃絡を起こすことはない。そのためこの部
分では心線絶縁を比較的弱く構成することが可能
である。

したがつて前記の目的は本発明により、少なく
とも巻線入力端にあるコイル内の、内径側および
外径側の表面から出発して、少なくとも各２ター
ンに、そのターンの少くとも一つの高電界集中部
をアングル状に取囲む付加絶縁物が設けられ、こ
の付加絶縁物のないターン間のターンキヤパシタ
ンスが付加絶縁物を備えたターンのターンキヤパ
シタンスよりも高められることによつて達成され
る。その場合、製作を簡単にするという理由か
ら、巻線入力端側のコイルの３つ以上、好ましく
はすべてのターンに、入力端側から遠くなるにつ
れて厚さが零にまで減少する付加絶縁物を設ける
のがよい。

本発明の好ましい実施態様によれば、内径側お
よび外径側表面にあるターンとそれに隣接するタ
ーンに設けられた付加絶縁物との間に軸方向の冷
却媒体通路が設けられる。付加絶縁物は、ターン
の全周を取囲む紙絶縁物、断面Ｕ字状もしくはア
ングル状のプレスボードカバーから構成すること
ができる。

本発明のさらに他の実施態様によれば、巻線の
内径側表面にあるターンでは付加絶縁物は下方外
側、下方内側、上方内側の順序に減少し、隣接タ
ーンでは下方内側、上方内側の順序に減少する。
その場合、下方というのは大地電位への方向にあ
ることを意味し、上方というのは高電圧入力端へ
の方向にあることを意味する。相応して、巻線の
外径側表面にあるターンでは絶縁強化は上方内
側、上方外側、下方内側の順序に減少し、隣接タ
ーンでは上方外側、下方外側の順序に減少し、こ
こで下方とは大地電位への方向、上方とは高圧入
力端への方向を意味する。

本発明のさらに別の実施態様によれば、巻線の
内径側表面のターンは下方外側の縁部が、またそ
の各隣接ターンは下方内側の縁部がそれぞれアン
グル状の付加絶縁物で被覆され、相応して、巻線
の外径表面側のターンは上方内側の縁部が、また
その各隣接ターンは上方外側の縁部がアングル状
の付加絶縁物で被覆され、残りのターンは円板コ
イルの中央部のターンと同じに絶縁される。その
場合、個々の円板コイルの中央部のターンは共通
の紙絶縁物によつて取囲まれる構造とするのがよ
い。この紙絶縁物は、端縁部導体くさび内の前駆
放電が避けられるならば、２つのコイル間の油道
における前駆放電を防止することができる。

本発明の他の実施態様によれば、少なくとも巻
線の高電圧入力端に近い円板コイル内に付加絶縁
物または軸方向のターン間の冷却媒体通路または
その両者が設けられ、付加絶縁物の厚さは巻線の
高電圧入力端からの距離が増すにつれて減少す
る。

本発明による円板コイル巻線はハイセルキヤツ
プ巻きの円板コイルにおいて非常に良好に適用で
きる。その理由は、ハイセルキヤツプ巻きによつ
て得られる大きな直列キヤパシタンスを著しく下
げることなく、巻線間の耐電圧強度を大幅に改善
することができるからである。その場合、本発明
による巻線構成により良好な占積率が得られるに
もかかわらず、コイル巻線の発生サージ電圧は巻
線の縦方向強度の向上によつて高められる。それ
により、従来構成のものに比較して安価な高電圧
用巻線の構成が可能になる。さらに、軸方向のタ
ーン間の冷却媒体通路を設けることにより、強化
絶縁された端縁部ターンの温度上昇が部分的に補
償される。本発明による巻線構成の端縁部ターン
の温度上昇を十分補償するには、必要な場合に
は、その断面積をわずかに増大させることによつ
て可能であり、そうすれば心線の負荷電流による
抵抗損I²Rはうず電流損が増加するよりも強く、
心線の抵抗Ｒに従い減少するからである。

次に図面について本発明をさらに説明する。図
において対応する部分には同符号が付してある。

第１図に２組の単一コイルの構成例を、第２図
に１組の二重コイルの例を、また第３図に、第１
図の単一コイルに断面Ｌ字型の公知の絶縁物を設
けた例を示す。

いわゆるハイセルキヤツプ巻き型の通常の円板
コイルは同時にかつ空間的に並列に導かれた２本
の心線を巻回して構成され、そのターン１〜ｎに
はその番号順に負荷電流が流れる。その場合、互
に隣り合うターン間にはそれぞれターン電圧の数
倍の電圧がかかる。この電圧を決定するために
は、単位ターン電圧に問題とするターンの番号の
差を乗ずればよい。その結果から、直線的な分布
において隣接心線間の商用交流電圧の下でほぼ生
ずる電圧差が得られ、その電圧差はサージ電圧の
下では直線部分の何倍かだけ高くなる。心線の全
体の絶縁強度は、その電圧差に対して設計され
る。

巻線の耐電圧強度を向上させ、同時に機械的保
護を図る目的で、従来は第３図に示すように、
個々の円板コイルの内径側と外径側のターンにそ
れぞれアングル状リング３０が設けられる。この
装置においても電圧が上昇すると、しばしば破線
３１に沿つて閃絡が見られる（第１〜３図参照）。
その場合、内側の線３１はしばしば最上部の入力
コイルから４つないしそれ以上のコイルだけ離れ
たコイルのもつとも内径側の隣接心線ギヤツプ
（くさび）のところまで延びる。しかし外側の線
３１は図示していない最上部の入力コイルの外側
ターンから出発して、入力コイルから４つまたは
それ以上のコイルだけ離れている図示の下部コイ
ルのもつとも外径側の隣接心線ギヤツプ（くさ
び）まで延びる。

その場合、入力コイルの２つの端縁隣接心線間
の境界部の高電界が第一の前駆放電の原因と見ら
れる。

本発明の考えは、この前駆放電は隣接心線ギヤ
ツプの端縁に生ずる「境界部の油くさび」から線
３１に沿つて、すなわち半径方向に、コイル表面
まで、それからこの外表面に沿い軸方向に走り、
あるいは方向転換する、という点にある。という
のは、上述の境界部のくさびから出発して両方向
に、線３１にかかる電圧は単調に低下または上昇
し、その場合、常に許容沿面閃絡強度を超える線
３１の長さが存在するので、線３１に沿つて生ず
る縦閃絡に至るからである。

しかし、油中電界強度を下げることによつて、
沿面閃絡の原因となる境界部のくさびにおける前
駆放電を除去し得る程度には、上述の長さおよび
電圧を効果的に変え、またその所属の沿面閃絡強
度を高めることができないが、前記の沿面閃絡強
度を高めるためには本発明による手段によつて講
じられる。

線３１の許容沿面閃絡強度とは、線３１の一端
に高油中電界のため前駆放電が起こつたとき、な
お線３１に沿つては閃絡に至らないような、線３
１にかかる実験的に得られたサージ電圧を意味す
る。

円板コイル装置の絶縁強度を高めるために、本
発明によれば入力端の近くにある各円板コイルの
少くとも最内径側および最外径側の両ターンに付
加絶縁物３２が設けられる。製作を簡単にするた
め、これらの入力側コイルのターンではすべて付
加絶縁物３２の厚さは対地電圧が減少するにつれ
て通常コイルの場合の零にまで減少させてもよ
い。この付加絶縁物３２は第１３〜１７図の実施
例では上述の分離部のところに設けた軸方向の冷
却媒体通路によつて支持されており、それによつ
て限界の心線くさびを完全に避けることができ
る。

実際に生ずる電圧負荷に関してはすべての入力
側コイルにおいて各円板コイルの最外径側と最内
径側の両ターンの外側上部と内側下部のみを絶縁
強化すればよい。このような実施例を第１４，１
６，１７図に示す。これとは対照的に第１５図の
実施例ではそれらのターンの全周が同じように絶
縁補強されている。しかしこの構成は比較的高価
で雑然としているが、巻線空間を最適に利用す
る。

第６，１６，１７図の実施例では簡単な縁部ア
ングル状の付加絶縁物３２が示されており、第１
４図の実施例では円板コイルの最内径側と最外径
側のターンが電界強度の低下に応じて段階付けら
れた複数個の縁部保護アングルによつて取囲まれ
ている。

半径方向の冷却媒体通路が狭くなるのを防止す
るため、第４，５，７，９，１０，１１，１２，
１７図の実施例では円板コイルの軸方向に立つ絶
縁材部分を除いている。そのため例えば端部ター
ンは、軸方向の高さが付加絶縁物３２を含めて通
常ターンの通常高さに等しくなるように異なるタ
ーン断面にしている。通常ターンは第４，５図の
実施例では円板コイルの中央部ターンの共通の絶
縁体によつて示されている。

第４〜１７図に示す本発明の実施例は第１図の
ハイセルキヤツプ巻き型単一コイルの例を対象と
して示されているが、本発明は第２図のハイセル
キヤツプ巻き型二重コイルに対しても適用可能な
ものである。第４〜１７図には、第５図を除き、
内径側と外径側の両縁部ターンのみが付加絶縁物
３２を有しているが、もちろん巻線入力端側にあ
るコイルのすべてのターンに付加絶縁物を設けて
もよく、ターンの全周に絶縁強化した付加絶縁物
３２を用いる場合には外見上第１図や第２図のも
のと同じようになり、入力端から離れたコイルの
み付加絶縁物なしのターンで構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はハイセルキヤツプ巻き型の２組の単一
コイルの巻回構成を示す断面図、第２図はハイセ
ルキヤツプ巻き型の１組の二重コイルの巻回構成
を示す断面図、第３図は第１図の単一コイルに公
知のアングル状リングによる絶縁を取付けた状態
を示す断面図、第４〜１２図はそれぞれ単一コイ
ルに対して本発明の付加絶縁物を設けた場合の
種々の実施例を示す断面図、第１３〜１７図は、
それぞれ単一コイルに対して本発明の付加絶縁物
を設けると共に、ターン間に軸方向の冷却媒体通
路を設けたものの異なる実施例を示す断面図であ
る。 １〜２４……コイルターン、３２……付加絶縁
物、３３……冷却媒体通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 巻線の内径側および外径側表面に対する外側
   ターンの絶縁が心線の通常絶縁に比較して強化さ
   れている単一もしくは二重のハイセルキヤツプ巻
   きコイルから成る円板コイル型巻線において、少
   なくとも巻線入力端にあるコイル内の、内径側お
   よび外径側表面から出発して、少なくとも各２タ
   ーンに、そのターンの少なくとも一つの高電界集
   中部をアングル状に取囲む付加絶縁物が設けら
   れ、この付加絶縁物のないターン間のターンキヤ
   パシタンスが付加絶縁物を備えたターンのターン
   キヤパシタンスよりも高められていることを特徴
   とする円板コイル型巻線。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の円板コイル型巻
   線において、内径側および外径側表面のターンと
   それに隣接するターンに設けられた付加絶縁物と
   の間に軸方向の冷却媒体通路が設けられているこ
   とを特徴とする円板コイル型巻線。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の円板コイル型巻
   線において、前記付加絶縁物が、ターンの全周を
   取囲む紙絶縁物、断面Ｕ字状もしくはアングル状
   のプレスボードカバーから成つていることを特徴
   とする円板コイル型巻線。 ４ 特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に
   記載の円板コイル型巻線において、巻線の内径側
   表面にあるターンでは付加絶縁物は下方外側、下
   方内側、上方内側の順序に減少し、隣接ターンで
   は下方内側、上方内側の順序に減少し、その際、
   下方は大地電位への方向、上方は高電圧入力端へ
   の方向であることを特徴とする円板コイル型巻
   線。 ５ 特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に
   記載の円板コイル型巻線において、巻線の外径側
   表面にあるターンでは付加絶縁物は上方内側、上
   方外側、下方内側の順序に減少し、隣接ターンで
   は上方外側、下方外側の順序に減少し、ここで下
   方は大地電位への方向、上方は高電圧入力端への
   方向であることを特徴とする円板コイル型巻線。 ６ 特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に
   記載の円板コイル型巻線において、巻線の内径側
   表面のターンは下方外側の縁部が、またその各隣
   接ターンは下方内側の縁部がそれぞれアングル状
   の付加絶縁物で被覆され、残りのターンは円板コ
   イルの中央部のターンと同じに絶縁されているこ
   とを特徴とする円板コイル型巻線。 ７ 特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に
   記載の円板コイル型巻線において、巻線の外径側
   表面のターンは上方内側の縁部が、またその各隣
   接ターンは上方外側の縁部がアングル状の付加絶
   縁物で被覆され、残りのターンは円板コイルの中
   央部のターンと同じに絶縁されていることを特徴
   とする円板コイル型巻線。 ８ 特許請求の範囲１〜７項のいずれか１項に記
   載の円板コイル型巻線において、ターンに設けら
   れた付加絶縁物またはターン間の軸方向の冷却媒
   体通路またはその両者が、少なくとも巻線の高電
   圧入力端の近くにある円板コイルに設けられ、前
   記付加絶縁物の厚さは巻線の高電圧入力端からの
   距離が増すにつれて減少することを特徴とする円
   板コイル型巻線。 ９ 特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に
   記載の円板コイル型巻線において、個々の円板コ
   イルの中央ターンは共通の紙絶縁物を有すること
   を特徴とする円板コイル型巻線。