JP2000517479A

JP2000517479A - 空心電気的変圧器用中間または高電圧巻線

Info

Publication number: JP2000517479A
Application number: JP10512294A
Authority: JP
Inventors: ブリジット、ルイヨ; ジャック、ウィルド
Original assignee: シュネーデル、エレクトリック、ソシエテ、アノニム
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2000-12-26
Also published as: DE69631697D1; CA2264703A1; AU6933996A; WO1998010445A1; EP0923783B1; EP0923783A1

Abstract

(57)【要約】単一コイル（２７）は普通の四角または矩形の形状の直交断面を有し、絶縁性のシース（３）を備える導線（２）により形成された連続的な巻き周（３０）のアッセンブリを封止する絶縁性の樹脂シェル（２９）を備え、前記巻き周は、長手方向または半径方向の層として巻き締められ、シース（３）の厚さに依存する巻き周の数は、２つの連続する巻き周であってそれらが電気的にはもっとも異なる電圧の隔たりを有する巻き周がこのコイルの設定入力電圧に対して、前記被覆された導体についてパッシェンの法則が空気中で適用されることにより供給される放電破壊電圧（Ｔｄ）を超えないように、決められている。空心変圧器のここの完全な巻線（３８）は、これによって、たとえ巻き周間の空間に誘電性の媒体としての空気が残っていても、このようなタイプの単一のコイルを単純に積層ことにより製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】空心変圧器用巻線を構成可能な単一コイルこの発明は、配電用の空心変圧器に関する。より詳細には、この発明はそのような装置と共に提供されるＭ．Ｖ．と呼ばれる“中間電圧”（または高電圧）巻線の改善に関する。従来、例えば２０００ボルトおよびそれ以上の位相の電圧を入力することを目的として設計されている配電変圧器の主要部を構成している“中間または高電圧 ”巻線は、連続的に巻かれた絶縁シース（一般的にはエナメルフィルム）を有する金属ワイヤの導体によって形成されている。コイル巻線は大まかに２つのタイプに分類され、一般的には両タイプとも空気中で用いられている。より頻繁に行なわれている技術は、コイルの軸線方向に沿って長手状に延ばされた、並列状で同心円柱状のストライプまたは層として繰り返し巻かれているものである。通常は織物工業に用いられる“リーリング（reeling）”技術から影響を受けたこの技術は、コイルの軸に並行する“前後の”動作にしたがって金属ワイヤが支持用のマンドレルに堅く連続して幾重にも巻き締められるときに、金属ワイヤの牽引力により行なわれ、前記動作が一方の方向で完結すると１つの層が形成されることになる。他の技術は、それぞれが半径方向に延びると共に並列状で螺旋状の平らなパンケーキ形状に折り返し巻かれることにより行なわれている。本出願人により出願されたヨーロッパ特許第０，０８１，４４６号に説明されたこの技術は、ワイヤの重さのみによる効果の下に容器の回転速度に合わせて、ワイヤの入力率を容器を満たすように同期させている。そしてこのワイヤは、コイルとして形成されたときにその軸の長手方向に対して“前後の”動きにしたがって配置されており、一方方向の動きの完了は１つの層を完成させることになる。この発明に含まれる空心変圧器の分野においては、例えば空冷の変圧器において冷却を行なおうとすると、上記２つの方法による巻線のうち後者のものは、ワイヤの両端のみが出てくる溶融された電気的絶縁樹脂ブロック内に従来は埋め込まれていると共に、このワイヤの両端はコイルの入／出力接続を形成している。この樹脂をコーティングした巻線は、この巻線に機械的な強度を与えることに加えて、重ね合わせて巻かれたワイヤの互いの層と層との間にも絶縁性を与えている。コイル化するために用いられる巻き付けモードにおいても、半径方向に平面的なパンケーキ状にコイル化するか長手状に層状にコイル化するかの何れであっても、個々の層を被覆するために、巻線に絶縁性の材料を含ませることは不充分な問題解決を残すことになる。コイル化が行なわれるとき、溶融された合成樹脂の材料は、内部に形成されている層と層との間の空間を占めることよりも、巻き回された層の束を外部から包囲することの方が実際上の困難性は一層少ない。用いられる材料の粘着性が大きかったり高いものの全てに対して、これらの困難性が当てはまることは容易に理解される。このことは、実用化するのに容易であるとか、少し暖めてやれば再度溶融することによっていつまででも再利用できるものであるとか、の幾つかの長所があるにも拘わらず、熱硬化性の樹脂材料と比較した場合、熱可塑性の材料（固くない材料）で構成するのは不利な条件を含むことを説明するものである。この発明の目的は、上述した問題点の解決法を提案することにある。このため、この発明の目的は、空心式変圧器の“中間（または高）電圧”巻線を形成するため設計され、長手方向または半径方向に並列的に配置された複数の並列周と周内に空気を入れるようにしてコイル化されたコイルを絶縁性のシースを有する金属ワイヤ導体により構成し、電気的に絶縁された樹脂材料の固まりの中に封止されてその入／出力端子がここから取り出されるようにした単一の電気的コイルにおいて、前記端子間に供給されるべき電圧のために、２つの隣接する層上で最も電気的に離隔した２つの隣接する巻き周間の電圧が、パッシェンの法則により空気中で前記シースされた導体に供給されるであろう値を超えないような、巻き周の層数となるようにしたことを特徴とする。この発明を定義するパッシェンの法則に関連する同等の方法は、この出願に添付された図２に見られるように、導線の絶縁シースの厚さに従って、巻き周間の電気的アークによる部分的な放電現象を防止するために、巻線内の隣接する巻き周層と巻き周層との間に電圧が印加されないようにする点にも存在する。この発明はパッシェンの法則がこの個別のケースに適用可能であり、このケースに含まれている問題に対する具体的解答の基礎となり得ることを発見した事実に基づいている。前世紀の終わりに確立されたパッシェンの法則は、例えば空気のような所定のガス媒体における異なる電位で帯電された２つの物体間の放電破壊電圧は、導体の離間距離と包囲された環境の圧力関数との間の積の連続関数であることを示していることが想起される。もしも、さらなる詳細が求められるのならば、当業者は、この発明に関して結びつけられる教示である、１９８６年にパリでイローラ（ＥＹＲＯＬＬＥＳ）より出版された「電気工学概念と理論」と題されて、ロバート・フォーニア（Ｒｏｂｅｒｔ・ＦＯＵＲＮＩＥＲ）により著されたＤ２３５０−４ないし７または９．５に「絶縁ガス」の書き出しの下に開示された、例えば「工学技術」におけるピエール・セグュア（ＰｉｅｒｒｅＳＥＧＵＲ）の例が参考となり、この論文を参照することによって上記の教示が具体化されることになる。提起された問題点を解決するため、この発明は絶縁性のシースを被覆された空気中の導体の事例にこの法則を適用し、その結果絶縁性のシースの厚さに従って隣接する巻き周と巻き周との間の放電破壊電圧と、このコイルの巻き周と巻き周間の空間における気圧であるこれらのグラフを確立するために用いられるパラメータと、を付与する図２のグラフが当てはまる。これより理解されるであろうが、この発明は射出された絶縁性の材料によりコイルの巻き周と巻き周との層間の空間を満たすために、シークするというよりもむしろ１相につき数万ボルトの電圧がかかる配置となるように設計された変圧器を構成する電気巻線の層間に絶縁材料を効果的に巻き込むため、利用されていない空間に自然に存在する空気を封じ込めてコイルの状態を確定するものである。そこで、絶縁性のプラスチック材料によりそれ自身を簡単な封止に限定するという如何なる危険性ももはやないことになる。この発明の好適な実施形態によれば、巻き周のセットが、一般的には正方形または１辺が少し延ばされた矩形状の断面形状として現れている。このように、この発明は、標準的な単一コイルを積層させることにより可変となったコイルの大きさに従って空心変圧器の主巻線を構成することができるところに特に長所を有しており、直列に接続された積層単コイルの数は、主巻線端子に適用されるべき電圧レベルに依存するであろう。全ての製造産業を含む電気工学的な産業の現状においては、在庫と買い入れの管理や製造時間の短縮についてかなりの融通性が可能となってきており、その必要性も事実として存在している。いずれにしても、添付された図面による目的等により与えられる以下の説明により、この発明は、良く理解されるであろうし、他の特徴や長所は、一層明瞭になるであろう、添付図面において：図１は、上述したＲ・フォーニア（Ｒ．ＦＯＵＲＮＩＥＲ）の著作より引き出された、純粋に記録を目的として空気中のパッシェン曲線の相を示している。図２は、巻回層が形成された金属線を被覆する絶縁性のシースの厚さと圧力に対する空気中で接触している２つの巻き周間の放電破壊電圧のグラフを示している。図３ａは、長手状の層に巻き付けられた巻き周により形成された巻線を示す図である。図３ｂは、同様の図であるが、半径方向に巻き付けた事例である。図４は、分図４ａないし４ｅから見た連続的な５つの視点に従い、多相空心変圧器と等価に設計されたものと結論づけられる“中間電圧”巻線であり、かつ、本発明による単一コイルの完成状態を示している。図１の曲線は、所定の環境、ここでは空気中で、放電破壊電圧Ｕｄが異なる電圧のもとに置かれた２つの物体を隔てる距離間の積ｄ＊ｐの単なる関数であることを明瞭に示している。積ｄ＊ｐの非常に低いおよび非常に高い値にこの関係がもはや関連しないことは注目すべきである。この有効な範囲（例えば、約３ｘ１０^-3ないし４ｘ１０²b ar^★ｍｍ）において、放電破壊電圧Ｕｄは距離（および／または圧力）に一義的に伴って増加するが、（積ｄ＊ｐに関して８ｘ１０^-3より少ない）低い値では逆転現象が発生する。この曲線は、ここで示されている相としては如何なるパッシェン曲線に対しても一般的であるが、放電破壊電圧が常に積ｄ＊ｐと共に増加する前に迅速に到達する最小のものを介してまず通過するということを示している。この観察からこの発明が引き出す結論は、複数の周と周によりコイル化され被覆された導線により形成される誘導巻線を通電させる事例において、これは、接点から離間する移動方向における巻き周と巻き周との間の空間内における導線の表面上を通過するときのこの曲線の立ち上がり部分となるようにして、それ故、導体間の距離が大きくなるときに、放電破壊電圧のみが大きくなれるような状況となるようにして、部分的な放電現象を防止するための巻き周と巻き周間の最大許容電圧はパッシェン曲線により与えられる最小の電圧よりも低くなるべきである。巻線の両端に供給される所定の電圧における抵抗に対して、巻き周により構成される巻線に必要なその巻き周の層数は、ワイヤの所定の性質と厚さ絶縁性被覆に関して、このようにして決定することができる。換言すれば、このような巻線の両端部に供給することができる最大電圧の値は、この巻線を構成している巻き周の層の数を選択することにより調整することができる。如何なる高電圧にも適する巻線は、これらの配置に従って構成された単順に積層した標準的な単コイルによって求められるものとして完成できる。巻線への電流が確定されるときに、巻き周と巻き周間の空間内の圧力が増加させることのみ可能となる状況にそれ自身を置くために、例えば周囲の温度でこれらの配置を“冷却”させるようにする手当てについても配慮されるべきである。上述したことは、図２の曲線と同等のものによって定量的に説明される。周と周間の空間を占める空気の圧力をパラメータ化したこれら複数の曲線は、相互に接する通常の絶縁性エナメルの同一層に互いに被覆された２つの金属導線を隔てる間隔「Ｅｐ」の関数としての放電破壊電圧Ｔｄ（ボルト）の値を決定している。換言すれば、「Ｅｐ」はコイル状にされた導線における絶縁性被覆部分の厚さの２倍であるということになる。巻き周と巻き周の層間の空間内にある空気の圧力がもしも０．２バールまたはこの値よりも低くならない何れかの場合であるならば、そしてエナメル被覆部の厚さが０．１５ｍｍ以上（グラフにおける点Ａ）ならば、これらの周と周間の電圧が５５０ボルトを超えない限りは連続的な巻き周と巻き周の層間の部分的な放電の危険性はない。他の例としては、０．０２５ｍｍの絶縁部の厚さで、連続的な巻き周と巻き周の層間の電圧Ｔｄが４００ボルト（点Ｂ）または０．２バールの圧力下で３３０ボルト（点Ｃ）を超えない限り、０．５バールの圧力下での巻き周と巻き周の層間の空間に部分的放電の危険はない。この０．２バールの圧力では、４００ボルトの放電破壊電圧と同じ値が、０．０６ｍｍ（点Ｄ）のエナメルの厚さに達している。冷却状態においては通常減圧していき変圧器のその後の再スタートでも減圧状態が維持されている巻き周と巻き周の層間の空間におけるここで表示される圧力は、この変圧器の動作温度に達するまで、絶対圧力である。図１の電圧Ｕｄがピーク値として与えられたとしても、電圧Ｔｄは実効値（ｒｍｓ―root mean squa re―）電圧である。図３ａおよび３ｂは、長手状層および半径方向層のそれぞれ２つの巻回モードを概略化して示しており、これらの図はこの発明の実施を容易にすることを目的として示されたものである。これらの図において、同一の参照符号は同一の構成要素を示している。両図とも、軸線に交差する面により切断され僅かに上方より見た回転軸Ｘを有する円筒状のコイルを表しており、これにより電気巻線を作り上げる巻き周と巻き周の構成を直角の切断面で見ることが可能となっている。図３ａの巻線１は、在庫品から何時でもすぐに購入できるフレキシブル電線２であり、通常品質の絶縁性のエナメルフィルム３により被覆されている。この電線は同心円の長手状の層に交互に構成された巻回保持部４における巻線軸線Ｘの周りに巻き付けられている。最初の周５の支持部４が一端に巻き締められた後に、次の周の巻き付けは、電線の直径に等しい非常に小さなピッチの螺旋状軌跡にしたがって、支持部の他端に至るまで矢印Ｆｖにより示される方向に続けられる。きつく巻き締められた最初の長手状の層６は、このようにしてワイヤをぴんと張られた状態に維持しながら支持部４をその軸Ｘの周りに巻回させることで完成する。第２の層７は、同様にして矢印Ｆｖ'に示すように、反対の方向に巻き締められる。コイルを作成することはこのように、軸Ｘにしたがって「前後に」移動することによりきつく巻き締めるようにして行なわれ、各々の層は長手状の層を一方方向に巻き締めることにより完成され、この方向は前の層の方向と後の層では交互になっている。並列で同心の長手状層の１組（set）は、このように軸Ｘの周りに構成されている。巻線の最後の巻き周８は、第１の巻き周５と共に、巻線から出てきた撚り継ぎ部９，１０によって、巻線の入／出力端子を形成するようになっている。図３ｂの巻線１１は、上記と同様にして得られるが、ワイヤのコイル化は互いに積層される半径方向の層１３によって行なわれている。これらの層、またはパンケーキ状のものは、ワイヤ２が“前後の”動きにしたがって巻き締められるときに形成されるが、このとき軸Ｘに対しては垂直方向となる。パンケーキ１３の積層を横方向に制限する目的を有するフランジ１４および１５に装着された支持板１２は、この軸の周りを回転する。ワイヤ２は、この場合、ぴんと張られてはいないが、それ自身の重さのみに従っており、支持板の回転する速度は電線の供給率に連続的に調整されているので、巻き締めに繰り入れられることは、パンケーキの所望の半径位置で形成されるように起こる。このようなコイル化モードの産業上の生産を可能にするこの自動的なシステムは、既に示したように、ヨーロッパ特許第０，０８１，４４６号に説明されている。各々の巻き付けが半径方向に展開する層を生成する。巻線に対して予定された空間への充填は底の方から開始される。図面に表されているように、第１のパンケーキ１７はフランジ１４に対する内側の層１６より始まり、それから徐々に矢印Ｆｈにより示される中心を離れるように外側に向かい外側フランジ１５の位置まで至る。この第２のパンケーキ１８は、このようにして最初に中心に近づこうとする方向で内側のフランジ１４方向に形成され、一番上に至って最後の層１９が撚り継ぎ部２０によりコイルの外側にまで延長され、第１の巻き層１６の撚り継ぎ部２１と同様にして、共に巻線の入力／出力端子を形成している。コイル化のばあい、図３ａによる同心状の層においては、図３ｂの半径方向に巻かれていく層のように、ひとたび動作が行なわれたときに、巻線は電気的な絶縁性を有するポリマーがその中に射出されているモールド内に配置される。このポリマーは、例えば、無水物の形態をとる熱硬化性エポキシ樹脂のような熱硬化性のプラスチック材料や、ポリアミドまたはアクリルのような熱可塑性の材料がある。電線は、このようにして露出した端子９，１０および２０，２１のみが取り出される電気的な絶縁性を有するポリマーシェルの中に封止される。以上検討した２つのタイプにおいて、たとえきつく巻かれていたとしても、それぞれの巻き周間には使われない容積２６が必然的にできてしまう。多数のこれらのは部分的に残り、あるいは、誘電性（絶縁性）の材料が一層完全に欠けており、この誘電性の材料は巻線の小型化のためにその射出が行なわれるときには前記使われない空間へ充填することができなくなっている。パッシェンの法則により、何れか２つの連続する巻き周に、所定の電圧を供給するために図２の特性曲線により与えられる厚さよりも薄い絶縁シース３を設けるべきではない。そうでなければ、部分的な放電が可能である。このような要求は、２つの連続する巻き周を最もきつくすれば２つの隣接する層における電気的な隔たりは最大となる（したがって電位差も最大になる）ことであり、例えば、これらの２つの隣接する層の始端と終端のそれぞれに位置するものである。このような巻き周の組み合わせの例は図３ａにおける符号２２と２３や、図３ｂにおける符号２４と２５で参照される。さらに、このような組み合わせの巻き周間の電圧ｕは、並列に置かれた層の数２ｎによって巻線１または１１の入力／出力端子に供給される電圧Ｕに重畳され、その重畳は、ｕ＝Ｕ／ｎの関係にしたがって行なわれる。したがって、この発明によれば、巻線に供給される如何なる電圧Ｕに対しても、２つの隣接する巻き周間の電圧ｕが、２つの隣接する層が電気的には最も離れていても、空気中でパッシェンの法則が適用されることによって供給されるであろう値Ｔｄを超えないように巻線を構成する巻き周の数を決定するならば、巻き周２６間の空間での部分的な放電の危険性を防止することができるということが理解され得る。換言すれば、このことは、層の数は少なくとも第１の高い整数を超えることにより巻き上げられた割合Ｕ／ｕの結果に等しいかまたはその２倍にしなくてはならないということを意味している。ここで、既に説明したように、この発明に係る単一コイルを含む多層空心変圧器を製造するために設計された“中間電圧”巻線の完成状態を示す図４について参照する。実際には、このコイル２７は直交方向の断面形状で四角形または略矩形のリングの形状を有しており、例えば、その長さはその幅を確実に３倍は超えている。この単一コイルは、空心変圧器のための“中間電圧”または“高電圧”巻線を構成しており、以下のようにして得られる。 −図４ａ：エナメル被覆されて巻き周３０（例えば２００〜３００巻き周）を有する可撓性の銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）のワイヤ２は、まず、リング２８を形成するように巻き締められる。このコイル化は、例えば図３ａを参照しながら説明した“同心長手状の層”のタイプに準じて行なわれる。もし求められるならば、このアッセンブリ（組立品）は、このようにして形成されたリングが最小の機械的な強度を有することを補償するために膠（にかわ）の注入により強度を増すようにされている。 −図４ｂ：このリング２８は、絶縁用誘電性樹脂２９がその中に注入されるモールド（図示されず）内に位置され、この誘電性樹脂は、ワイヤの両端が接続部材として動作する端子９，１０を形成するために充分に露出させられるように取り出された後に、数ミリメータの厚さを超えてリングを封止することになる。この樹脂が溶融されるやいなや、標準的な単一コイル２７が完成する。この発明によれば、例えば１５層というように層の数が決定され、例えば最大電位差が３５０ボルトある場合、２つの連続する巻き周の層間の最大実効値電圧は例えば２５００ボルトの電圧でもコイルを用いることができるように決定されている。このようにして、断面形状で幾分四角形となったコイルは、例えば１層当たり２０の巻き数で１５層の巻き周として完成されるが、後の図においては、所望の電力に応じて求められるような変形・変更が可能である。しかしながら、この発明によれば、以下に見られるように、完全な巻線を製造するための考慮されるべき変形・変更を完全にするため、一般的な四角形や幾分四角形となった形状（長さは近似的に幅の３倍より小さい）を維持することは有利な点であることを覚えているべきである。既に明記したように、用いられる樹脂は熱硬化性または熱可塑性ポリマーであるべきであり、それは電気的に絶縁する能力が非常に高く、変圧器の中間（または高）電圧巻線のために、通常１相当たり数千ボルトに達するような電圧で用いられるであろう。 −図４ｃ：したがって、変圧器用のこのような巻線３１は、所望の高さに達するように、これらの単一コイル２７を所望の数まで順次に積層することにより完成される。アッセンブリは、例えば固着などの適当な手段によりきつく固められる。アッセンブリが完成すると、撚り継ぎ部９，１０をつまんでカールさせることによって確実に固定される小さな接続スリーブ３２により、コイルは互いに直列に電気的に接続される。 −図４ｄしたがって、この領域はコネクタが露出している箇所で積層から電気的に絶縁されていなくてはならない。このことは、この領域を熱可塑性樹脂のシートで熱圧着することによって得られる樹脂層により覆うことにより行なわれている。このように、単一コイル２７の円筒状の積層は、１０〜２０度の角度に従って全体にわたって延長する扇型のボス３３を提供することにより得られ、このボス３３からは、その上端と底部とから巻線の入力／出力（Ｉ／Ｏ）となる自由な撚り継ぎ部が、変圧器の他の相の巻線と同様に、出ている。この目的のために、各相間の接続バーの端部を覆うであろうこれらのＩ／Ｏ端子の周りを機械加工することにより、小さな皿３４を提供することはこの発明の有利な点である。同様に、もしも中間電圧が主たるもの（逓降―ステップダウン ―変圧器として動作する変圧器）を構成しているならば、中央の皿３５は、さらに電源システムによって移送される電圧に対して変圧器を調整する目的を従来から担ってきた中間Ｉ／Ｏの周囲に有利に設けられる。 −図４ｅ：しかしながら、これらの異なる皿部を完成する前に、この発明の好適な実施例にしたがって、電気的な導通能力としてはむしろ控えめなものとなっても、接地３７となる数ミリメータの樹脂３６の層により積層されたものを被覆することは有利なことである。この層は、硬化させることによりまたは硬化のためにシートの形状に熱可塑性樹脂を加熱しながら平均的に押圧することにより、電気的な遮蔽部を構成し、この遮蔽部は変圧器の周囲で空気ではなく絶縁体として動作することを可能とするであろう。このことは、特に変圧器を筐体内に収容するのでなく屋外に放置することを可能とするであろうことを意味し、さらに、値段を低減させるであろうし、一般的には修理や動作をより容易にさせるであろう。これが完成すると、変圧器における磁気回路の主柱の周りに完成されたアッセンブリとして装着する前に、２次巻線の周りに配置される準備が整ったものとして１次導体３８が得られる。変圧器用のキット（ｋｉｔ）巻線はこのようにして、特定の入力電圧のために設けられた標準的な単一コイルにより形成されたモジュールにより容易に構成することができる。このようにして、導体３８が同一のコイル２７により形成されたことを考慮するならば、それぞれは２５００ボルトまでは放電破壊の危険性なく動作することが可能であり、これらのコイルを１０個集めて直列に組み込むべきであろうし、そうすれば、例えば、２５０００ボルトの電源システム電圧のもとでも動作させることが可能となる。導体３８は、透磁可能な入力電圧とかコイルの高さとかの異なる性質の標準的な単一コイルとして形成することができる。明らかな実用上の理由から、段のある外壁が特定の導体として求められている場合を除いて、それら全ては同一の幅を有することが好ましいであろう。この発明は上述された実施例に自ずと制限されるものではなく、以下に述べられる請求の範囲により与えられる特徴の限りにおいて、如何なる選択的なまたは等価な作替物にも拡張される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年８月５日（１９９８．８．５）【補正内容】明細書空心電気的変圧器用中間または高電圧巻線この発明は、配電用の空心電気的変圧器に関する。より詳細には、この発明はそのような装置と共に提供される中間または高電圧巻線の改善に関する。従来、例えば２０００ボルトおよびそれ以上の位相の電圧を入力することを目的として設計されている配電変圧器の主要部を構成している“中間または高電圧 ”巻線は、連続的に巻かれた絶縁シース（一般的にはエナメルフィルム）を有する金属ワイヤの導体によって形成されている。コイル巻線は大まかに２つのタイプに分類され、一般的には両タイプとも空気中で用いられている。より頻繁に行なわれている技術は、コイルの軸線方向に沿って長手状に延ばされた、並列状で同心円柱状のストライプまたは層として繰り返し巻かれているものである。通常は織物工業に用いられる“リーリング（reeling）”技術から影響を受けたこの技術は、コイルの軸に並行する“前後の”動作にしたがって金属ワイヤが支持用のマンドレルに堅く連続して幾重にも巻き締められるときに、金属ワイヤの牽引力により行なわれ、前記動作が一方の方向で完結すると１つの層が形成されることになる。他の技術は、それぞれが半径方向に延びると共に並列状で螺旋状の平らなパンケーキ形状に折り返し巻かれることにより行なわれている。本出願人により出願されたヨーロッパ特許第０，０８１，４４６号に説明されたこの技術は、ワイヤの重さのみによる効果の下に容器の回転速度に合わせて、ワイヤの入力率を容器を満たすように同期させている。そしてこのワイヤは、コイルとして形成されたときにその軸の長手方向に対して“前後”の動きにしたがって配置されており、一方方向の動きの完了は１つの層を完成させるこになる。この発明に含まれる空心変圧器の分野においては、例えば空冷の変圧器において冷却を行なおうとすると、上記２つの方法による巻線のうち後者のものは、ワイヤの両端のみが出てくる溶融された電気的絶縁樹脂ブロック内に従来は埋め込まれていると共に、このワイヤの両端はコイルの入／出力接続を形成している。この樹脂をコーティングした巻線は、この巻線に機械的な強度を与えることに加えて、重ね合わせて巻かれたワイヤの互いの層と層との間にも絶縁性を与えている。コイル化するために用いられる巻き付けモードにおいても、半径方向に平面的なパンケーキ状にコイル化するか長手方向の層状にコイル化するかの何れであっても、個々の層を被覆するために、巻線に誘電性の材料を含ませることは不充分な問題解決を残すことになる。コイル化が行なわれるとき、溶融された合成樹脂の材料は、内部に形成されている巻き周の層間の空間を占めることよりも、巻き回された層の束を外部から包囲することの方が実際上の困難性は一層少ない。用いられる材料の粘着性が大きかったり高いものの全てに対して、これらの困難性が当てはまることは容易に理解される。このことは、実用化するのに容易であるとか、少し暖めてやれば再度溶融することによっていつまででも再利用できるものであるとか、の幾つかの長所があるにも拘わらず、熱硬化性の樹脂材料と比較した場合、熱可塑性の材料（固くない材料）で構成するのは不利な条件を含むことを説明するものである。この発明の目的は、上述した問題点の解決法を提案することにある。このため、この発明の目的は、空心式電気的変圧器の中間または高電圧巻線を完成させるため、単一のコイルを互いに積層して入力／出力端子を電気的に直列に接続し、それぞれの単一コイルは金属線導体と絶縁性のシースにより形成され、並列的には位置された連続する複数の巻き周内に空気を巻き込み、その後、入力／出力端子が取り出される電気的に絶縁された可塑材料の固まりにより封止し、この巻き周の層の数は、電気的には最も隔たりのある隣接する２つの層における連続する２つの巻き周間の電圧が、前記被覆された導体について空気中で適用されるパッシェンの法則により供給されるであろう放電破壊電圧の値を、超えないように決められていることを特徴とするものである。この発明を定義するパッシェンの法則に関連する同等の方法は、この出願に添付された図２に見られるように、導線の絶縁シースの厚さに従って、巻回層間の電気的アークによる部分的な放電現象を防止するために、巻線内の隣接する巻き周と巻き周との層間に電圧が印加されないようにする点にも存在する。この発明はパッシェンの法則がこの個別のケースに適用可能であり、このケースに含まれている問題に対する具体的解答の基礎となり得ることを発見した事実に基づいている。前世紀の終わりに確立されたパッシェンの法則は、例えば空気のような所定のガス媒体における異なる電位で帯電された２つの物体間の放電破壊電圧は、導体の離間距離と包囲された環境の圧力関数との間の積の連続関数であることを示していることが思い出される。もしも、さらなる詳細が求められるのならば、当業者は、この発明に関して結びつけられる教示である、１９８６年にパリでイローラ（ＥＹＲＯＬＬＥＳ）より出版された「電気工学概念と理論」と題され、ロバート・フォ−ニア（Ｒｏｂｅｒｔ・ＦＯＵＲＮＩＥＲ）による著作のＤ２３５０ −４ないし７または９．５に「絶縁ガス」の書き出しの下に開示された、例えば「工学技術」におけるピエール・セグュア（ＰｉｅｒｒｅＳＥＧＵＲ）の例が参考となる。空心変圧器を製造するために、およそ１５年前（米国特許４，４９６，９２６）にこの法則を適用することが既に指摘されており、これはコイル内のより高い放電破壊電圧を得ることを発展させるために、例えば圧力のもとで溶融することにより、封止用の樹脂の圧力を維持することを推薦している。提起された問題点を解決するため、この発明は絶縁性のシースを被覆された空気中の導体の事例にこの法則を適用し、その結果絶縁性のシースの厚さに従って隣接する巻き周と巻き周の層間の放電破壊電圧と、このコイルの巻き周と巻き周の層間の空間における気圧であるこれらのグラフを確立するために用いられるパラメータと、を付与する図２のグラフが当てはまる。これにより理解されるであろうが、この発明は射出された絶縁性の材料によりコイルの巻き周と巻き周との層間の空間を満たすために、シークするというよりもむしろ１相当たり数万ボルトの電圧がかかる配置となるように設計された変圧器を構成する電気巻線の層間に絶縁材料を効果的に巻き込むため、利用されていない空間に自然に存在する空気を封じ込めてコイルの状態を確定するものである。これが完成すると、変圧器における磁気回路の主柱の周りに完成されたアッセンブリとして装着する前に、２次巻線の周りに配置される準備が整ったものとして１次導体３８が得られる。変圧器用のキット（ｋｉｔ）巻線はこのようにして、特定の入力電圧のために設けられた標準的な単一コイルにより形成されたモジュールにより容易に構成することができる。このようにして、導体３８が同一のコイル２７により形成されたことを考慮するならば、それぞれは２５００ボルトまでは放電破壊の危険性なく動作することが可能であり、これらのコイルを１０個集めて直列に組み込むべきであろうし、そうすれば、例えば、２５０００ボルトの電源システム電圧のもとでも動作させることが可能となる。導体３８は、透磁可能な入力電圧とかコイルの高さとかの異なる性質の標準的な単一コイルとして形成することができる。明らかな実用上の理由から、段のある外壁が特定の導体として求められている場合を除いて、それら全ては同一の幅を有することが好ましいであろう。この発明は上述された実施例に自ずと制限されるものではなく、以下に述べられる請求の範囲により与えられる特徴の限りにおいて、如何なる選択的なまたは等価な作替物にも拡張される。請求の範囲１．互いに固定されると共にそれらの入力／出力端子（９，１０）により電気的に直列に接続された単一コイル（２７）の積層により形成され、単一コイルの各々は絶縁性のシース（３）を有する金属線導体（２）により構成されると共に並列的な層（６，７．．）に配列された多数の連続的な巻き周（３０）内に空気を巻き込み、前記入力／出力端子（９，１０）が取り出される電気的に絶縁された樹脂材料（２９）内にまとめて封止され、前記巻き周（３０）の層（６，７）の数が、前記端子間に供給される所定の電圧に対して、電気的には最も隔たりのある２つの連続する巻き周（２２，２３）間の電圧が、前記被覆された導体（２，３）について空気中で適用されるパッシェンの法則により供給されるであろう電圧の値（Ｔｄ）を超えないような数とすることを特徴とする空心電気変圧器の中間または高電圧巻線。２．互いに固定されると共にそれらの入力／出力端子（９，１０）により電気的に直列に接続された単一コイル（２７）の積層により形成され、単一コイルの各々は絶縁性のシース（３）を有する金属線導体（２）により構成されると共に並列的な層（６，７．．）に配列された多数の連続的な巻き周（３０）内に空気を巻き込み、前記入力／出力端子（９，１０）が取り出される電気的に絶縁された樹脂材料（２９）内にまとめて封止され、前記巻き周（３０）の層（６，７）の数が、前記導体の絶縁性シース（３）の厚さ（Ｔｈ）の関数として与えられ、図２の特性曲線に読み込める放電破壊電圧（Ｔｄ）の値に従わせる“ｕ”と“ Ｕ”との間で過剰となるように巻かれた割合の結果から設定される整数の２倍に少なくとも等しくなるような数となり、前記“Ｕ”は前記端子間に適用されるべき所定の電圧であることを特徴とする空心電気変圧器の中間または高電圧巻線。３．前記巻き周波長手方向の層（６，７．．）に巻き込まれていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の巻線。４．前記巻き周は半径方向の層（１７，１８．．）に巻き込まれていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の巻線。５．前記封止用の電気的な絶縁性のある可塑材料（２９）は、熱硬化性可塑材料であることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の巻線。６．前記封止用の電気的な絶縁性のある可塑材料（２９）は、熱可塑性材料であることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の巻線。７．複数の巻き周（３０）は、普通の四角または僅かに長尺な矩形状の断面形状を有する小型のアセンブリを形成することを特徴とする請求の範囲１または２に記載の巻線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．空心電気的変圧器の「中間（または高）電圧」巻線（３１）と、絶縁性のシース（３）を有する金属線導体（２）により構成されると共に並列的な層（６，７．．）に配列された多数の連続的な巻き周（３０）内に空気を巻き込んだコイル（２７）と、を対をなして結合されたコイル間に積層することによりその生成が設計され、その後、入力／出力端子（９，１０）が取り出される電気的に絶縁された樹脂材料（２９）内にまとめて封止された通常の環状形状を有する単一の電気的コイルにおいて、コイルは、前記端子（９，１０）間に供給される所定の電圧に対して、前記被覆された導体（２，３）に対して空気中で適用されるパッシェンの法則により供給されるであろう電圧の値（Ｔｄ）を２つの連続する巻き周（２２，２３）間の電圧が超えないような巻き周（３０）の層（６，７）の数となるようにすることを特徴とするコイル。２．空心電気的変圧器の「中間（または高）電圧」巻線（３１）と、絶縁性のシース（３）を有する金属線導体（２）により構成されると共に並列的な層（６，７．．）に配列された多数の連続的な巻き周（３０）内に空気を巻き込んだコイル（２７）と、を対をなして結合されたコイル間に積層することによりその生成が設計され、その後、入力／出力端子（９，１０）が取り出される電気的に絶縁された樹脂材料（２９）内にまとめて封止された通常の環状形状を有する単一の電気的コイルにおいて、コイルは、前記端子（９，１０）間に供給される所定の電圧“Ｕ”に対して、前記導体の絶縁性シース（３）の厚さ（Ｔｈ）の関数として与えられ、図２の特性曲線に読み込める放電破壊電圧（Ｔｄ）の値に従わせる“ｕ”と“Ｕ”との間で過剰となるように巻かれた割合の結果から設定される整数の２倍に少なくとも等しくなるような巻き周（３０）の層（６，７）の数となるようにすることを特徴とするコイル。３．前記巻き周波長手方向の層（６，７．．）に巻き込まれていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のコイル。４．前記巻き周は半径方向の層（１７，１８．．）に巻き込まれていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のコイル。５．前記封止用の電気的な絶縁性のある可塑材料（２９）は、熱硬化性可塑材料であることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のコイル。６．前記封止用の電気的な絶縁性のある可塑材料（２９）は、熱可塑性材料であることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のコイル。７．複数の巻き周（３０）は、普通の四角または僅かに長尺な矩形状の断面形状を有する小型のアセンブリを形成することを特徴とする請求の範囲１または２に記載のコイル。８．前記コイルは互いに固定さっると共にそれらの入力／出力接続（９，１０）によって電気的に直列に接続され、請求の範囲１，２または７に記載された単一コイル（２７）の積層により形成されていることを特徴とする空心電気変圧器の“中間（または高）電圧”巻線（３８）。