JP2010251543A - 樹脂モールドコイル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、部分放電の発生を抑制できて、特別高圧級の静止誘導機器に容易に適用することが可能な絶縁モールドコイルを提供する。
【解決手段】マグネットワイヤ５を巻回して環状に形成した単位コイル２が複数個軸方向に配列されて直列接続され、これらの複数個の単位コイル２を個別に囲うようにして高抵抗値を有する複数個の静電シールド層６が設けられ、これらの複数個の静電シールド層６全体をモールドする樹脂モールド層４が設けられ、前記単位コイル２の内側に位置する巻始め端５ａの導体及び外側に位置する巻終り端５ｂの導体が該単位コイル２を囲う静電シールド層６の内周部６Ａ及び外周部６Ｂに夫々電気的に接続されている（接続点８Ａ及び８Ｂ）。
【選択図】図１

Description

本発明は変圧器、リアクトル等の静止誘導機器に用いる樹脂モールドコイルに関する。

変圧器、リアクトル等の静止誘導機器に用いるコイルとしては、コイル周囲を絶縁樹脂でモールドした構造の樹脂モールドコイルが広く用いられている。この樹脂モールドコイルは、マグネットワイヤを円環状に巻回した単位コイルを最初に製作し、次にそれらを複数個軸方向に積み重ねてモールド型内に固定し、最後に全体を熱硬化性樹脂でモールドして製作される。複数個の単位コイルの接続方法は用途により異なるが、高圧機器用のものでは一般に直列接続される。

この種の樹脂モールドコイルの場合には、マグネットワイヤを円環状に巻回してなる単位コイルとモールド層とを相互に充分に密着させることが困難であり、両者の界面に微小な空隙が残ることがある。しかも、単位コイルは、マグネットワイヤを密に巻回して形成されているので、マグネットワイヤ間の狭い隙間には樹脂は侵入しにくく、単位コイルの内部にも微小な空隙が残ることがある。そして、この樹脂モールドコイルでは、マグネットワイヤ相互間に電圧が加わり、大地（アース）とマグネットワイヤとの間にも電圧が加わるようになっており、印加電圧が大きくなったときには微小な空隙で部分放電が発生するので、マグネットワイヤ相互間に加わる電圧を抑制したり、モールド層及び構造物（アース電位をもつモールド変圧器の鉄心等を称する。）間の物理的な絶縁距離たる対アース距離を大きくとる等の対策が必要であった。

こうした問題を解決する従来技術として、例えば特許文献１には、注入樹脂の粘度を小さくして樹脂中に空隙が残ることを防止する技術が開示されている。また、特許文献２には、樹脂モールド層の表面に導電性高分子からなる表面導電層を設けて耐クラック性や耐部分放電性を向上させる技術が開示されている。又、特許文献３には、変圧器に雷インパルスが侵入した場合に給電端子に近い単位コイルに最も高い電圧が加わることから、給電端子に近い単位コイルの内周側を覆う絶縁部の肉厚を他の単位コイルの内周側を覆う部分より厚くする技術が開示されている。

特開平０８−３１６０５５号公報 特開平０８−２６４３４７号公報 特開平０７−１２２４３９号公報

電力用の変圧器としては、１０００ｋＶＡ級のものが用いられるが、このような特別高圧級の変圧器に使用する樹脂モールドコイルとしては、上記のような対策だけでは不充分であり、部分放電の発生を防止するための更なる技術が求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部分放電の発生を抑制できて、特別高圧級の静止誘導機器に容易に適用することが可能な絶縁モールドコイルを提供することにある。

本発明の樹脂モールドコイルは、マグネットワイヤを巻回して環状に形成した単位コイルを複数個軸方向に配列して直列接続してなるコイルと、前記複数個の単位コイルを個別に囲うように設けられ、高抵抗値を有する複数個の静電シールド層と、これらの複数個の静電シールド層全体をモールドする樹脂モールド層とを具備し、前記単位コイルの内側に位置するマグネットワイヤの導体及び外側に位置するマグネットワイヤの導体が該単位コイルを囲う静電シールド層の内周部及び外周部に電気的に接続されていることを特徴とする。

このような構成によれば、単位コイルの周囲に静電シールド層が設けられているので、静電シールド層の電位が内部の単位コイルに発生する電位の中間電位になって、静電シール層の内部の電界が小さくなる。従って、単位コイルの外周面および内周面に微小な空隙が残っていたり、或いは、単位コイルの内部に微小な空隙が残っていても、全ての空隙での電界が小さくなるので、電圧を高めても静電シールド層の内部で部分放電が発生することを抑制できる。又、単位コイルの内側に位置するマグネットワイヤの導体及び外側に位置するマグネットワイヤの導体が該単位コイルを囲う静電シールド層の内周部及び外周部に電気的に接続されているので、静電シールド層の電位を固定することができ、静電シールド層と単位コイル間の絶縁距離を小に設定できる。しかも、静電シールド層の外部のモールド層との間には微小な空隙が存在せず、静電シールド層の外部では部分放電の発生を危惧する必要がないので、物理的な絶縁距離を延ばすことなく静電シールド層と対アース間の電界を大きく設定できる。そして、静電シールド層は、高抵抗値を有するので、磁束が鎖交することにより発生する渦電流を抑制することができて、静電シールド層で発生する損失を抑制できる。即ち、電圧を高めてもコンパクトなままで部分放電の発生を抑制することができるので、特別高圧級の静止誘導機器に適用することが容易になる。

本発明の絶縁モールドコイルは、部分放電の発生を抑制できて、特別高圧級の静止誘導機器に容易に適用することが可能であるという効果を奏する。

本発明の第１の実施例を示す樹脂モールドコイルの構成図（要部を断面して示す斜視図） 要部の拡大断面図 本発明の第２の実施例を示す図２相当図 本発明の第３の実施例を示す図２相当図 本発明の第４の実施例を示す図２相当図

（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例につき、図１及び図２を参照して説明する。
図１において、樹脂モールドコイル１は、全体として略円筒状又は略角筒状に形成されており、その中心孔部が静止誘導機器たる変圧器の鉄心脚部或いはリアクトルの鉄心等に嵌合されて使用される。

図１は、筒状の樹脂モールドコイル１の中心軸を含む断面の片側部分を示している。樹脂モールドコイル１は、環状をなす単位コイル２を複数個軸方向に配置して形成されたコイル３全体を、絶縁性樹脂でモールドしてモールド層４が形成されるように構成されている。単位コイル２は、例えば断面長円状の導体（銅線）５Ａを絶縁物５Ｂで被覆してなるマグネットワイヤ５を環状に巻回して構成されている。

本実施例の樹脂モールドコイル１の特徴として、各単位コイル２の外周には、これを囲むようにして静電シールド層６が密着して形成されている。静電シールド層６は、高抵抗値（例えば１０ＭΩ以上）を有するもので、導電性テープを巻回して形成されている。静電シールド層６は、導電性テープの代わりに、導電性塗料の塗布、金属の溶射により形成してもよい。表面に静電シールド層６が施された単位コイル２は、複数個が軸方向に所定の間隔をおいて配置されている。そして、これらの単位コイル２は、接続線たる渡り線（マグネットワイヤ５と同じ構成）７により直列接続されている。

更に、図２を参照して説明する。単位コイル２のうちの、最上段の単位コイル２Ａにおいて、内側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻初め端５ａの絶縁物５Ｂａの当該単位コイル２Ａを囲う静電シールド層６の内周部６Ａに対応する部分は、剥離されて、その部分の導体５Ａａが該内周部６Ａの内面に電気的に接続されている（接続点を８Ａで示す。）。更に、最上段の単位コイル２Ａにおいて、外側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻終り端５ｂの絶縁物５Ｂｂの当該単位コイル２Ａを囲う静電シールド層６の外周部６Ｂに対応する部分は、剥離されて、その部分の導体５Ａｂが該外周部６Ｂの内面に電気的に接続されている（接続点を８Ｂで示す。）。

又、単位コイル２のうちの、２段目の単位コイル２Ｂにおいて、外側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻終り端５ｂの絶縁物５Ｂｂの当該単位コイル２Ｂを囲う静電シールド層６の外周部６Ｂに対応する部分は、剥離されて、その部分の導体５Ａｂが該外周部６Ｂの内面に電気的に接続されている（接続点を８Ｂで示す。）。この場合、２段目の単位コイル２Ｂの巻終り端５ｂは、最上段の単位コイル２Ａの巻終り端５ｂに接続線たる渡り線７により接続されている。従って、単位コイル２Ａを囲う静電シールド層６の外周部６Ｂと単位コイル２Ｂを囲う静電シールド層６の外周部６Ｂとは、導体５Ａｂ、渡り線７及び導体５Ａｂを介して電気的に接続される。

２段目の単位コイル２Ｂの内側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻初め端５ａの絶縁物５Ｂａの当該単位コイル２を囲う静電シールド層６の内周部６Ａに対応する部分は、剥離されて、その部分の導体５Ａａが該内周部６Ａの内面に電気的に接続されている（接続点を８Ａで示す。）。この場合、２段目の単位コイル２Ｂの巻始め端５ａは、３段目の単位コイルの巻始め端（何れも図示せず）に渡り線７により接続されている。従って、単位コイル２Ｂを囲う静電シールド層６の内周部６Ａは、３段目の単位コイルを囲う静電シールド層の内周面（何れも図示せず）に渡り線７により電気的に接続されている。

以下、同様にして、奇数段目の単位コイルの巻終り端と偶数段目の単位コイルの巻き終り端及び偶数段目の単位コイルの巻始め端と奇数段目の単位コイルの巻始め端とは、渡り線７で接続されており、奇数段目の単位コイルの構成は、最上段の単位コイル２Ａと同様であり、偶数段目の単位コイルの構成は、２段目の単位コイル２Ｂと同様である。

このように、単位コイル２の表面に静電シールド層６を設けた場合、単位コイル２を構成するマグネットワイヤ５と静電シールド層６との間にはコンデンサが形成される。単位コイル２のマグネットワイヤ５と静電シールド層６との間隔は狭く形成される。単位コイル２のマグネットワイヤ５と静電シールド層６との間隔が狭く、且つその間に浮遊コンデンサが存在すると、高抵抗値を有する導体である静電シールド層６の電位は各マグネットワイヤ５のターン数の電位の略平均値となる。

単位コイル２の周りにこのような各ターン数の平均電位をもつ静電シールド層６が存在すると、各マグネットワイヤ５のターンと静電シールド層６との間の電位差は、各単位コイル２の両端間の電位差の１／２以下の小さい値となる。従って、微小空隙が静電シールド層６の内側の単位コイル２内に存在したとしても、マグネットワイヤ５と静電シールド層６の間では放電は生じにくくなる。

又、こうしたマグネットワイヤ５の各ターンの平均電位をもつ静電シールド層６が単位コイル２の周囲に存在すると、同じ単位コイル２に属するマグネットワイヤ５のターン間の電位差も大きくなりにくい。その値は、静電シールド層６が存在しない場合に比べて小さくなる。従って、同じ単位コイル２に属するマグネットワイヤ５のターン間での放電も生じにくくなる。

静電シールド層６の外側部分については、静電シールド層６と大地（アース）との間に高い電位差が生じる。しかし、静電シールド層６の外側部分のモールド層４には、微小空隙はほとんど存在せず、且つ、静電シールド層６とは同電位である。このため、静電シールド層６が形成されていない場合と違って、静電シールド層６の外側部分における電界強度はどの部分も同じ程度となり、局所的に高い電界が発生するという現象は生じない。従って、静電シールド層６の外側部分では、部分放電はほとんど発生しない。

そして、単位コイル２の内側に位置するマグネットワイヤ５の巻始め端５ａの導体５Ａａ及び外側に位置するマグネットワイヤ５の巻終り端５ｂの導体５Ａｂが該単位コイル２を囲う静電シールド層６の内周部６Ａ及び外周部６Ｂに電気的に接続されているので、静電シールド層６の電位を固定することができ、静電シールド層６と単位コイル２間の絶縁距離を小に設定できる。

更に、静電シールド層６は、高抵抗値（例えば１０ｋΩ以上）を有するので、磁束が鎖交することにより発生する渦電流を抑制することができて、静電シールド層６で発生する損失を抑制できる。例えば、静電シールド層６で発生する損失は、
（１ターン分の発生電圧）^２／（１ターン方向の静電シールド層の抵抗値）
となるため、例えば、１ターン分の発生電圧２０（Ｖ）、１ターン方向の静電シールド層の抵抗値を３０（ｋΩ）とすれば、単位コイルの発生電力は０．０１３（Ｗ）程度であり、電力用の１０００ｋＶＡ級の変圧器であれば、問題のない損失レベルである。

このような理由から、本実施例の樹脂モールドコイル１では、静電シールド層６を設けたことにより、局所的に高電界となる部分が生じない。従って、単位コイル２内に微小な空隙が存在したとしても部分放電の発生を抑制することができ、１０００ｋＶＡ級の変圧器など、特別高圧級の静止誘導機器に適用することが容易になる。

（第２の実施例）
図３は、本発明の第２の実施例であり、上記第１の実施例と同一部分には同一符号を付して示す。
最上段の単位コイル２Ａにおける外側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻終り端５ｂは、２段目の単位コイル２Ｂにおける外側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻終り端５ｂに、導体（銅線）から成る接続線たる渡り線９により接続され、その渡り線９は、静電シールド層６と同様の静電シールド層６Ｃにより覆われている。従って、単位コイル２Ａ、２Ｂの巻終り端５ｂ、５ｂは、渡り線９を介して当該単位コイル２Ａ、２Ｂを囲う静電シールド層６、６の外周部６Ｂ、６Ｂに電気的に接続される（接続点を８Ｄ、８Ｄで示す。）。

単位コイル２Ｂの内側に位置するマグネットワイヤ５例えば巻始め端５ａは、３段目の単位コイルのマグネットワイヤの巻始め端（何れも図示せず）に渡り線９を介して接続され、その渡り線９は、静電シールド層６Ｃにより覆われている。従って、単位コイル２Ｂの巻終り端５ｂは、渡り線９を介して当該単位コイル２Ｂを囲う静電シールド層６の外周部６Ｂに電気的に接続される（接続点を８Ｃで示す。）。

以下、同様にして、奇数段目の単位コイルの巻終り端と偶数段目の巻き終り端及び偶数段目の単位コイルの巻始め端と奇数段目の単位コイルの巻始め端とは、渡り線９で接続されており、奇数段目の単位コイルの構成は、最上段の単位コイル２Ａと同様であり、偶数段目の単位コイルの構成は、２段目の単位コイル２Ｂと同様である。
この第２の実施例によれば、第１の実施例同様の効果が得られ、特に、渡り線９にも静電シールド層６Ｃが設けられているので、大地間の部分放電発生の抑制効果が一層よくなる。

（第３の実施例）
図４は、本発明の第３の実施例であり、上記第２の実施例と同一部分には同一符号を付して示す。
この第３の実施例において、単位コイル２は、シート状の導体（銅シート）１０Ａとシート状の絶縁物１０Ｂとを重ね合わせてなるマグネットワイヤ１０を捲回して形成されている。各単位コイル２は、静電シールド層６により囲われているが、この静電シールド層６と単位コイル２との間には絶縁樹脂が充填されて絶縁層１１が形成されている。

単位コイル２において、内側に位置するマグネットワイヤ１０例えば巻始め端１０ａのシート状導体１０Ａａ及び外側に位置するマグネットワイヤ１０例えば巻終り端１０ｂのシート状導体１０Ａｂは、当該単位コイル２Ａを囲う静電シールド層６の内周部６Ａの内面及び外周部６Ｂの内面に接触により接続されている（接続点を１２Ａ及び１２Ｂで示す。）。

最上段の単位コイル２Ａにおける巻終り端１０ｂのシート状導体１０Ａｂは、２段目の単位コイル２Ｂにおける巻終り端１０ｂのシート状導体１０Ａｂに、シート状導体（銅シート）からなる接続線たる渡り線１３により接続され、その渡り線１３は、静電シールド層６Ｃにより覆われている。２段目の単位コイル２Ｂの巻始め端１０ａのシート状導体１０Ａａは、３段目の単位コイルの巻始め端のシート状導体（何れも図示せず）に渡り線１３を介して接続され、その渡り線１３は、静電シールド層６Ｃにより覆われている。

以下、同様にして、奇数段目の単位コイルの巻終り端のシート状導体と偶数段目の巻き終り端のシート状導体及び偶数段目の単位コイルの巻始め端のシート状導体と奇数段目の単位コイルの巻始め端のシート状導体とは、渡り線１３により接続されており、奇数段目の単位コイルの構成は、最上段の単位コイル２Ａと同様であり、偶数段目の単位コイルの構成は、２段目の単位コイル２Ｂと同様である。

この第３の実施例によれば、単位コイル２の巻始め端１０ａのシート状導体１０Ａａ及び巻終り端１０ｂのシート状導体１０Ａｂを当該単位コイル２を囲うシールド層６の内周部６Ａ及び外周部６Ｂ接続するようにしたので、高抵抗を有する静電シールド層６内は、高抵抗により電位分担し、マグネットワイヤ１０はターン数で電位分担するようになり、従って、単位コイル２の各部でのマグネットワイヤ１０とその近くの静電シールド層６の電位は略等しくなって、静電シールド層６とマグネットワイヤ１０との絶縁はほとんど考慮する必要がなくなり、単位コイル２の大きさを最小にできる。

（第４の実施例）
図５は、本発明の第４の実施例であり、上記第３の実施例と同一部分には同一符号を付して示す。
この第４の実施例では、単位コイル２を高抵抗値（例えば１０ＭΩ以上）を有する樹脂でモールドしてその単位コイル２を囲う静電シールド層１４が形成されている。又、単位コイル２の巻始め端１０ａのシート状導体１０Ａａ及び巻終り端１０ｂのシート状導体１０Ａｂは、該単位コイル２を囲う静電シールド層１４の内周部１４Ａの内面及び外周部１４Ｂの内面に接触により接続されている（接続点を１５Ａ及び１５Ｂで示す。）。そして、渡り線１３は、静電シールド層１４と同様の静電シールド層１４Ｃにより覆われている。

この第４の実施例によっても、第３の実施例と同様の効果を奏することができ、特に、第３の実施例の絶物層１１と静電シールド層６とが一体の静電シールド層１４として構成されるので、構成が簡単になり、製作が容易になる。
尚、本発明は、上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。

図面中、１は樹脂モールドコイル、２（２Ａ、２Ｂ）は単位コイル、３はコイル、４はモールド層、５はマグネットワイヤ、５Ａは導体、５Ｂは絶縁物、５ａは巻始め端（内側のマグネットワイヤ）、５ｂは巻終り端（外側のマグネットワイヤ）、５Ａａ及び５Ａｂは導体、６及び６Ｃは静電シールド層、６Ａは内周部、６Ｂは外周部、７は渡り線（接続線）、９は渡り線（接続線）、１０はマグネットワイヤ、１０Ａは導体、１０Ｂは絶縁物、１０ａは巻始め端（内側のマグネットワイヤ）、１０ｂは巻終り端（外側のマグネットワイヤ）、１０Ａａ及び１０Ａｂはシート状導体、１３は渡り線（接続線）、１４及び１４Ｃは静電シールド層、１４Ａは内周部、１４Ｂは外周部を示す。

Claims (7)

1. マグネットワイヤを巻回して環状に形成した単位コイルを複数個軸方向に配列して直列接続してなるコイルと、
   前記複数個の単位コイルを個別に囲うように設けられ、高抵抗値を有する複数個の静電シールド層と、
   これらの複数個の静電シールド層全体をモールドする樹脂モールド層とを具備し、
   前記単位コイルの内側に位置するマグネットワイヤの導体及び外側に位置するマグネットワイヤの導体が該単位コイルを囲う静電シールド層の内周部及び外周部に電気的に接続されていることを特徴とする樹脂モールドコイル。
2. 単位コイルは、シート状の導体とシート状の絶縁物とからなるマグネットワイヤを巻回して形成され、
   前記単位コイルの内側に位置するシート状導体及び外側に位置するシート状導体が該単位コイルを囲う静電シールド層の内周部の内面及び外周部の内面に接触されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂モールドコイル。
3. 単位コイルと静電シールド層との間に絶縁樹脂が充填されていることを特徴とする請求項２記載の樹脂モールドコイル。
4. 静電シールド層は、単位コイルをモールドする高抵抗値を有する樹脂で構成されていることを特徴とする請求項２記載の樹脂モールドコイル。
5. 隣接する２つの単位コイルの静電シールド層は、両単位コイルの同電位側において接続線により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の樹脂モールドコイル。
6. 隣接する２つの単位コイルの静電シールド層を電気的に接続する接続線は、両単位コイルを直列に接続する渡り線であることを特徴とする請求項５記載の樹脂モールドコイル。
7. 渡り線は、導体から構成され、単位コイルを囲う静電シールド層と同様の静電シールド層で覆われていることを特徴とする請求項６記載の樹脂モールドコイル。

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