WO2025154347A1

WO2025154347A1 - アモルファス変圧器

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Publication number: WO2025154347A1
Application number: PCT/JP2024/036804
Authority: WO
Inventors: 考弘角; 諒介御子柴; 拓弥岩崎
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2024-01-17
Filing date: 2024-10-16
Publication date: 2025-07-24
Anticipated expiration: 2026-07-17
Also published as: JP2025111314A

Abstract

アモルファス変圧器の信頼性を向上する。コイルの平面に対応した平坦部が設置され、コイルの内周面とアモルファス鉄心の外周面との間に折り込み部が配置される絶縁部材を有するアモルファス変圧器において、前記絶縁部材の折り込み部は、角部での長さが、辺の他の部分より短くなることを回避した構造であるアモルファス変圧器。

Description

アモルファス変圧器

　本発明はアモルファス変圧器に関する。

　電力変換の効率が高く、環境性能に優れた変圧器として、鉄心にアモルファス薄膜の積層体を用いたアモルファス変圧器が知られている。その一例として、特許文献１が知られている。

特開平８－３１６６７号公報

　特許文献１では、アモルファス鉄心をコイルに挿入する際に、アモルファス破片のコイルへの侵入を抑止する目的で、第２の絶縁部材３をアモルファス鉄心の挿入前にコイル端部に設置することが開示されている。特許文献１記載の方式でも、所定の目的は達成されると考えられる。しかし、本願発明者らは、さらに破片の侵入防止の確実性を向上することが、アモルファス変圧器の信頼性を一層向上するためには、より望ましいと考えた。

　そこで本願発明は、よりアモルファス破片のコイルへの侵入を抑止できるアモルファス変圧器を提供することにある。

　上記課題を解決するための手段の一例を示すと、以下のようになる。

　コイルの平面に対応した平坦部が設置され、コイルの内周面とアモルファス鉄心の外周面との間に折り込み部が配置される絶縁部材を有するアモルファス変圧器において、前記絶縁部材の折り込み部は、角部での長さが、辺の他の部分より短くなることを回避した構造であるアモルファス変圧器。

　本発明によるアモルファス変圧器によれば、アモルファス破片のコイルへの侵入を、より確実に抑止できるため、アモルファス変圧器の信頼性を向上することが出来る。

　本願発明の更なる手段および更なる効果は、以下明細書全文を通じ明らかとなる。

本発明の一実施例で用いる絶縁部材の最初の形状を示す説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、１次加工後の形状を示す説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、形状を説明するための説明図である。図１ＣをＸ方向から見た立体図である。図１ＣをＹ方向から見た立体図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、２次加工の様子を示す模式説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、２次加工後の形状を示す説明図である。図１ＧのＡ－Ａ線での立体説明図である。図１ＧのＢ－Ｂ線での立体説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、２次加工後の形状を示す立体説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、３次加工後の形状を示す立体説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、４次加工後の形状を示す説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、コイル挿入後の平面説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、コイル挿入後の断面説明図である。本発明の一実施例で用いる絶縁部材の、コイル挿入後の断面説明図である。本発明の一実施例で用いるアモルファス変圧器の、絶縁部材とアモルファス鉄心とコイルの位置関係を示す説明図である。本発明の別の実施例で用いる絶縁部材の、最初の形状を示す説明図である。図６Ａで切断前に短辺側であった辺の、１次加工後の形状を説明する立体図である。図６Ａで切断前に長辺側であった辺の、１次加工後の形状を説明する立体図である。本発明の他の実施例で用いる絶縁部材の、２次加工後の形状を示す立体説明図である。本発明の他の実施例で用いる絶縁部材の、３次加工後の形状を示す立体説明図である。本発明の他の実施例で用いる絶縁部材の、４次加工後の形状を示す説明図である。本発明の他の実施例で用いる絶縁部材の、コイル挿入後の平面説明図である。本発明の他の実施例で用いる絶縁部材の、最初の形状を示す説明図である。

　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

　図１Ａは、本発明の一実施例で用いる絶縁部材の最初の形状を示す説明図である。絶縁部材母体１に対し、１次加工として、切断線２で切断するとともに、折り込み線３で折り込みを行う。絶縁部材母体としては、折り込みが可能な絶縁材料であることが求められるため、クラフト紙等が用いることが出来る。一例としては、厚さ０．２５ｍｍ程度のクラフト紙である。

　図１Ｂは、１次加工を絶縁部材母体１に対し行った後の、１次加工後の形状のイメージを示す説明図である。絶縁部材母体１は、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと、計４つの切断後部材に分割される。切断後部材は、各々、長辺側折り込み部として、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂを有する。また、短辺側折り込み部として、各々、１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃを有する。

　図１Ｃは、１１ａの形状を説明するための説明図である。Ｘ方向、Ｙ方向を設定し、立体形状の理解を容易にするための図である。

　図１Ｄは、図１ＣのＸ方向から見た立体図である。絶縁部材母体１に対し、折り込み部で折り曲げられて、長辺側折り込み部１１ｂが形成されている。

　図１Ｅは、図１ＣのＹ方向から見た立体図である。絶縁部材母体１に対し、折り込み部で折り曲げられて、短辺側折り込み部１１ｃが形成されている。

　同様の加工が、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａと、計４つの切断後部材に成されている。

　図１Ｆは、２次加工として、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの、計４つの部材を、中心に向けて寄せていく、２次加工の様子を示す説明図である。この２次加工としては、最終的に、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａが各々重なり合うように、中心に向けて寄せていく。

　図１Ｇは、２次加工後の形状を示す説明図である。１１aと１２aは重なり部として、１１ａ＋１２ａを有する。同様に、部材間の重なり部として、１１ａ＋１４ａ、１３ａ＋１４ａ、１２ａ＋１３の、計４つの重なり部を有することになる。

　形状の理解を容易にするため、図１Ｇに、Ｘ方向とＹ方向を設定する。

　図１Ｈは、図１ＧのＡ－Ａ線周辺の立体構造を示す説明図である。左側に１１ａ単独の領域、右側に１２ａ単独の領域を有する。中央部に、１１ａ＋１２ａとして、１１ａと１２ａが重畳した領域が形成される。

　同時に、折り込み部１１ｂと１２ｂが形成される。この際の特徴は、２つの折り込み辺により形成される起立部として、角部が最も長く、中央付近に最も短い部分が形成されることである。換言すれば、角部に山部、中央に谷部が形成されるということもできる。また、角部に最も高い構造、あるいは最も長い構造が形成されるということもできる。さらには、角部の長さや高さが、その辺の他の部分より低くあるいは短くなることを回避する構造ということもできる。

　図１Ｉは、図１ＧのＢ－Ｂ線周辺の立体構造を示す説明図である。形状の見方や考え方は図１Ｈの場合と同様である。

　図１Ｊは、図１Ｈと図１Ｉを重ね合わせた状況を理解するための、２次加工後の形状を示す説明図であり、図１Ｇの左上角部を見た立体図となる。図から明らかなように、角部で、１４ｃと１２ｂにより、最も絶縁部材が長くなる、あるいは高くなるように構成されることとなる。

　図１Ｋは、図１Ｊに対し、３次加工として、絶縁テープ５を張り付けたことを示す図である。これにより、１４ｃと１２ｂが一体化され、絶縁構造が完成する。

　同様に、他の角部に対しても、同様の構造、処理により、全周に渡り、角部が最も低い部分ではない、すなわち角部が周の他の部分より短くなることを回避した構造となっている。

　ここで、特許文献１に開示された構造を見てみる。例えば、図６で、第２の絶縁部材を折り曲げた構造を開示している。折り曲げるという概念自体は、本実施例での説明と類似する。違いは、その折り曲げ方と、折り曲げにより実現される構造の部分である。

　特許文献1に開示される構造では、図６や他図で開示されるように、角部で折り込み部分が一番短い構造となる。いわば、角部が谷部となる構造である。

　一方、改めて本願発明の目的を鑑みると、それは、アモルファス鉄心をコイルに挿入する際に、アモルファス破片のコイルへの侵入を抑止することである。このとき、本願発明者らは、アモルファス鉄心をコイルに挿入する際に、もっともアモルファス鉄心からアモルファス破片が生じやすい部分がどこかを検討した結果、それは角部であることを見出したものである。

　なぜなら、アモルファス薄膜の積層により構成されるアモルファス鉄心であるが、角部では、アモルファス薄膜の再外層の薄膜の端部がコイルの角部に対向することになるため、接触等の外力が加わった際に、構造的に破損や破片の脱落が生じやすい、いわば最弱点となるためである。

　このため、本願発明者らは、さらに破片の侵入防止の確実性を向上し、アモルファス変圧器の信頼性を一層向上するには、角部での保護範囲を拡大することこそが、構造的に最適な対応策であることを見出したものである。

　そのため、本発明では、特許文献1に、結果的に開示されている構造である、絶縁部材が角部にて谷部となる構造に対し、積極的に角部を保護するため、角部が谷部にならない構造とすることを企図したものである。

　本実施例では、その一例として、角部で絶縁部材が。その周の中で最も短くなることを回避した。これにより、角部での保護を強化でき、アモルファス破片の脱落とその影響を低減することが実現する。本願発明の効果は、特許文献1に対し、この段階で顕著な違いが達成されているものである。このため、この段階で、本発明は、その技術思想と効果を主張するものである。

　特許文献１の場合、角部では折り込み部がない構造となっている。それに対し、本発明の技術思想では、折り込み部は、角部で他の辺の折り込み部と突き合わさっているということができる。

　また、さらに、前記突き合せにより、全周に前記折り込み部が形成されているということもできる。これにより、全集にわたり、アモルファス鉄心からのアモルファス破片の脱落に対する保護、抑制が実現できる。

　なおこの際、前記角部で、隣接する２つの折り込み部は直交して突き合わさっていると表現することも出来る。これにより、隙間なく、角部の保護が実現する。

　さらに、積極的に、角部で絶縁部材が最も長くなるようにする、あるいは最も高くなるようにすることで、さらに効果の向上を達成することも可能である。

　次に、３次加工として、図１Ｇに対応する図１Ｌで、平面的な絶縁部材の重なり部にも、絶縁テープ５が貼り付けされ、全体が一体化される。これにより、絶縁部材２０が完成する。

　図２は、コイル８に対し、絶縁部材２０が接地された様子を示す平面図である。絶縁部材２０の折り込み部がコイル８の内周の内側に位置するような形状となっている。

　図３は、図２の、直行方向での形状、もしくは立体形状を説明する模式立体図である。絶縁部材２０の折り込み部２１がコイル８の内周の内側に位置していることが、より容易に理解できる。

　図４は、図３と同様であり、別辺の立体形状を説明する模式立体図である。絶縁部材２０の折り込み部２２がコイル８の内周の内側に位置していることが、より容易に理解できる。　
　なお、図３の２１は、図１での１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂといった長辺側折り込み部に対応し、図４の２２は、図１での１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃといった短辺側折り込み部に相当する。

　そして、これら折り込み部をコイル８と接着剤等で固着、固定することで、アモルファス鉄心挿入時の引っ掛かりを抑制し、よりアモルファス破片の発生や脱落の抑制を実現する。

　図５は、図２に対し、アモルファス鉄心９の位置関係を追記した図である。アモルファス変圧器の完成時の、絶縁部材２０周辺の絶縁平面構造の説明図となる。図５からも想定されるように、アモルファス鉄心９の角部はアモルファス薄膜の最外層の端部が位置することになるため、そこに着目して保護を強化する本願発明の重要性と効果を理解することが出来る。

　完成系のアモルファス変圧器の構造自体は、絶縁部材２０の形状や、その製造過程の方法を除けば、現在一般に用いられているアモルファス変圧器と同等であるため、記載の冗長化を回避する意図で、完成系のアモルファス変圧器の図示は省略している。

　なお、本願発明の技術思想や効果をこれまで主に形状面から述べた。

　一方、製造方法という観点で見ると、本実施例で説明した製造過程による絶縁部材２０の形成は、角部が周の他の部分より短くなるのを回避する、もしくは角部に山部あるいは長い部分を形成するのに際し、１つの絶縁部材母体を折り紙の要領で加工、形成するという製造方法上の特徴も有する。むろん、完成系の形状が本願発明で説明の形状と同じ技術思想に至るものであれば、製造方法は特に限定するものではない。

　しかし、本実施例で説明の、折り紙の要領での絶縁部材の形成は、無駄な部材の発生が生じず、かつ確実に、角部に山部あるいは長い部分を形成することが出来るという顕著な特徴と、製造上の容易化を実現できるため、本願の技術思想を実現する上で、非常に好適な製造方法であるものである。

　本実施例は、基本的な技術思想は、実施例１と同じである。

　図６Ａは、本実施例で用いる絶縁部材の最初の形状を示す説明図であり、図１Ａに相当する図である。絶縁部材母体１に対し、１次加工として、切断線２で切断するとともに、折り込み線３で折り込みを行う。絶縁部材母体としては、折り込みが可能な絶縁材料であることが求められるため、クラフト紙等が用いることが出来る。一例としては、厚さ０．２５ｍｍ程度のクラフト紙である。

　図６Ｂは、図６Ａの短辺側の切断、折り込み後の立体説明図である。１５ａは短辺側であり、短辺側折り込み部１５ｂを有する。　図６Ｃは、図６Ａの長辺側の切断、折り込み後の立体説明図である。１６ａは短辺側であり、長辺側折り込み部１６ｂを有する。

　切断、折り込み後、実施例１の図１Ｆのように、中央部に寄せて重ねる。

　図６Ｄは、図１Ｊに相当する図であり、短辺側折り込み部１５ｂと長辺側折り込み部で囲まれ、その端部は図６Ｅに示すように絶縁テープ５を張り付けて一体化される。

　図６Ｆは図１Ｌに、図７は図２に相当する図である。

　本実施例で実施例１の場合と異なるには、明確な山部や谷部は形成されず、辺の全域に渡り折り込み部の高さあるいは長さは同一となる点である。本実施例によっても、角部が谷部あるいは最も低い部分となることを回避できるため、実施例１で説明した各種の効果を奏することが出来る。

　本実施例は、複数の絶縁部材をまとめて製造する際の例である。

　図８は、実施例１の図１Ａに相当する図で、図１Ａが３つ縦につながっているようなイメージの図である。

　変圧器には、鉄心とコイルが１組である単相タイプ以外に、複数の鉄心とコイルの組み合わせで変圧器群を構成される多相対応、例えば三層タイプがある。このような多相タイプ用の絶縁部材２０を作成する際に、図８に示すような、図１Ａが複数並列するような絶縁部材母体１を用いることで、まとめて必要な相数分の絶縁部材２０を形成することができる。作り方は実施例１や実施例２の際と同様であるので、説明は省略する。

　多相タイプの変圧器に向けて相数分の絶縁部材を形成する際には、むろん、各相向けに個別の絶縁部材母体を用いることも可能である。しかし、本実施例のように、相数分の絶縁部材を、同じ絶縁部材母体から形成することで、各相に用いられる絶縁部材の構成材料や、製造ロットのばらつきを排除できる。このため、実施例の技術思想によれば、多相変圧器の製造トレーサビリティの向上や、信頼性のばらつきの抑制を実現することが可能っとなる。

　以上、各種実施例を用いて本願発明の思想、概念をした。むろん、実施例を組み合わせて実現される事例も本願発明の範疇に含むものである。さらに、開示された思想や概念を用いる限り、それらの変形例や類似例も、本願発明の範疇に含むものである。

　また上記各実施例を用いて説明した本願の発明の一例は、以下のように表現することもできる。
＜その１＞
　コイルの平面に対応した平坦部が設置され、コイルの内周面とアモルファス鉄心の外周面との間に折り込み部が配置される絶縁部材を有するアモルファス変圧器において、
　前記絶縁部材の折り込み部は、角部での長さが、辺の他の部分より短くなることを回避した構造であるアモルファス変圧器。
＜その２＞
　＜その１＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、角部で他の辺の折り込み部と突き合わさっているアモルファス変圧器。
＜その３＞
　＜その２＞記載のアモルファス変圧器において、前記突合せにより全周に前記折り込み部が形成されているアモルファス変圧器。
＜その４＞
　＜その３＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、角部で他の辺の折り込み部と絶縁テープで一体化されているアモルファス変圧器。
＜その５＞
　＜その４＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、辺の途中で複数の折り込み部が重畳している領域を有するアモルファス変圧器。
＜その６＞
　＜その４＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、角部で最も長いアモルファス変圧器。
＜その７＞
　＜その６＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部の角部は、長さが異なる２つの折り込み部により構成されるアモルファス変圧器。
＜その８＞
　＜その７＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は前記コイルの内周面に接着されているアモルファス変圧器。
＜その９＞
　＜その８＞記載のアモルファス変圧器において、前記絶縁部材は、前記コイルの平面に対応した平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域を有するアモルファス変圧器。
＜その１０＞
　＜その９＞記載のアモルファス変圧器において、前記平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域で、前記複数の絶縁部材が絶縁テープで一体化されているアモルファス変圧器。
＜その１１＞
　＜その４＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、各辺では長さが均一であり、角部で長さが変わるアモルファス変圧器。
＜その１２＞
　＜その１１＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は前記コイルの内周面に接着されているアモルファス変圧器。
＜その１３＞
　＜その１２＞記載のアモルファス変圧器において、前記絶縁部材は、前記コイルの平面に対応した平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域を有するアモルファス変圧器。
＜その１４＞
　＜その１３＞記載のアモルファス変圧器において、前記平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域で、前記複数の絶縁部材が絶縁テープで一体化されているアモルファス変圧器。
＜その１５＞
　＜その２＞記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、前記角部で、直交して突き合わさっているアモルファス変圧器。

１：絶縁部材母体
２：切断線
３：折り込み線
５：絶縁テープ
８：コイル
９：アモルファス鉄心
１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ：切断後部材
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ：長辺側折り込み部
１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃ：短辺側折り込み部
２０：絶縁部材

Claims

　コイルの平面に対応した平坦部が設置され、コイルの内周面とアモルファス鉄心の外周面との間に折り込み部が配置される絶縁部材を有するアモルファス変圧器において、
　前記絶縁部材の折り込み部は、角部での長さが、辺の他の部分より短くなることを回避した構造であるアモルファス変圧器。
　請求項１記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、角部で他の辺の折り込み部と突き合わさっているアモルファス変圧器。
　請求項２記載のアモルファス変圧器において、前記突合せにより全周に前記折り込み部が形成されているアモルファス変圧器。
　請求項３記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は前記突合せの部分で隣接する辺同士が絶縁テープで一体化されているアモルファス変圧器。
　請求項４記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、辺の途中で複数の折り込み部が重畳している領域を有するアモルファス変圧器。
　請求項５記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、角部で最も長いアモルファス変圧器。
　請求項６記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部の角部は、長さが異なる２つの折り込み部により構成されるアモルファス変圧器。
　請求項７記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は前記コイルの内周面に接着されているアモルファス変圧器。
　請求項８記載のアモルファス変圧器において、前記絶縁部材は、前記コイルの平面に対応した平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域を有するアモルファス変圧器。
　請求項９記載のアモルファス変圧器において、前記平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域で、前記複数の絶縁部材が絶縁テープで一体化されているアモルファス変圧器。
　請求項４記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、各辺では長さが均一であり、角部で長さが変わるアモルファス変圧器。
　請求項１１記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は前記コイルの内周面に接着されているアモルファス変圧器。
　請求項１２記載のアモルファス変圧器において、前記絶縁部材は、前記コイルの平面に対応した平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域を有するアモルファス変圧器。
　請求項１３記載のアモルファス変圧器において、前記平坦部で複数の絶縁部材が重畳した領域で、前記複数の絶縁部材が絶縁テープで一体化されているアモルファス変圧器。
　請求項２記載のアモルファス変圧器において、前記折り込み部は、前記角部で、直交して突き合わさっているアモルファス変圧器。