JP2011109101A - 変圧器コイルを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの管状内型部品と少なくともこれらの内型部品の長さの和である長さを有する１つの外型部品とを含む型によって樹脂中に封入された導電性巻線を備える変圧器コイルを製造する方法を提供すること。
【解決手段】本方法は、前記内型部品のうちの第１の内型部品の周りに第１の導線を巻き付けるステップと、前記内型部品のうちの第２の内型部品の周りに第２の導線を巻き付けるステップと、第１の内型部品の一端を第２の内型部品の一端に接合して、型部品間に密封された継目を形成するステップと、第１の導線と第２の導線とを電気的に接続して１つの巻線を形成するステップと、巻線を有する接合された内型部品を外型部品内に配置するステップと、内型部品と外型部品の間に巻線を閉じ込めるステップと、型部品間の囲われた空間に樹脂を充填するステップと、樹脂を硬化させるステップと、型部品を取り外すステップとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂中に封入された導電性巻線を備える変圧器コイルを製造する方法に関する。

変圧器コイルは、導線の１つまたは複数の巻線を備える。変圧器は、鉄心と、鉄心の周りに配置されたコイルとを備える。乾式変圧器で使用されるコイルは通常、内型と外型の間に巻線を配置することによって製造される。次いで、巻線を含む囲われた容積に樹脂を充填し、この樹脂を硬化させる。欧州特許第１２１６１４０号は、樹脂中にカプセル封入された変圧器コイルを製造する方法を記載している。米国特許第５３９６２１０号は、３相注型成形コイル変圧器の１つの設計を示している。

巻線は通常、マンドレルの周りに導線を巻き付けて完成巻線を生産する巻線機で製造される。製造される巻線の、導線に垂直な方向の長さは、その巻線機において許されている最大長に制限される。大電力および／または高電圧変圧器では、コイルの必要な長さがかなり大きくなることがある。変圧器において必要なコイルの長さが、その巻線機において許されている最大長よりも長い場合、その解決法は、２つの別個の巻線を巻き、それらを別個に注型成形し、次いでこれらの別個の２つの注型成形コイルを接続する方法である。その変圧器は、１相につき、それぞれが樹脂中に別々に注型成形された別個の２つのコイルを有し、それらのコイルは、並列または直列に接続し、鉄心の周りに配置することができる。

別個の２つのコイルを互いに電気的に接続することにはいくつかの欠点がある。すなわち
− ２つのコイル間の接続点が機械的に弱い。この変圧器が地震に遭遇した場合には、これらの別個の２つのコイル間の機械的接続および電気的接続が中断する可能性がある。変圧器内の振動が、これらの別個の２つのコイル間の接続点を弱くすることがあり、このことが、将来の機械的または電気的な断線問題につながる可能性がある。変圧器に短絡が生じた場合、これらの２つのコイル間の接続点は電気的に最も弱い点となる。
− これらの別個のコイルを支持し、固定するために、機械的設計において複雑さを追加することが必要になる。
− それぞれ１つの鉄心上にある接続された別個の２つの注型成形コイルを使用すると、変圧器の製造が複雑で、時間もかかる。最初に、一方のコイルをその鉄心上に固定し、次いでもう一方のコイルを最初のコイルの上に配置し、次いで電気的接続を確実にし、次いでこれらの２つのコイルを固定し、一体に保持しなければならない。

欧州特許第１２１６１４０号 米国特許第５３９６２１０号

本発明の１つの目的は、長い変圧器コイルを製造する方法であって、上述の欠点のうちの少なくともいくつかの欠点を解決する改良された方法を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。

本発明によれば、２つの管状内型部品と少なくともこれらの内型部品の長さの和である長さを有する１つの外型部品とを含む型を使用する。

この方法は、第１の内型部品の周りに第１の導線を巻き付けるステップと、第２の内型部品の周りに第２の導線を巻き付けるステップと、第１の内型部品の一端を第２の内型部品の一端に接合して、型部品間に密封された継目を形成するステップと、第１の導線と第２の導線とを電気的に接続して、１つの巻線を形成するステップと、巻線を有する接合された内型部品を外型部品内に配置するステップと、内型部品と外型部品の間に巻線を閉じ込めるステップと、型部品間の囲われた空間に樹脂を充填するステップと、樹脂を硬化させるステップと、外型部品を取り外すステップとを含む。

本発明の他の実施形態では、巻線を有する接合された内型部品がさらに、外型部品と接合された内型部品との間の容積を囲う端部品内に閉じ込められる。

本発明の他の実施形態では、この方法がさらに、樹脂を所定の時間に亘って所定の温度に加熱することにより前記樹脂を硬化させるステップを含む。

本発明の他の実施形態では、この方法がさらに、コイルにＤＣ電流を印加して、導線および樹脂を所定の時間に亘って所定の温度に抵抗加熱することにより前記樹脂を加熱するステップを含む。

本発明の他の実施形態では、この方法がさらに、第１の導線と第２の導線とを直列に接続するステップを含む。

本発明の他の実施形態では、この方法がさらに、第１の導線と第２の導線とを並列に接続するステップを含む。

本発明の他の実施形態では、この方法がさらに、巻線を真空室内に水平に配置し、外型部品の開いた領域を通して注型用樹脂を注入するステップを含む。

本発明は特に、大電力または高電圧用途で使用する変圧器用のコイルの製造に適している。

乾式変圧器コイル、すなわち樹脂に埋め込まれた巻線を製造するとき、巻線の長さは巻線機の長さに制限される。大電流および／または大電圧（＞１ｋＶ）に対しては、変圧器を動作させるために、１相につき２つ以上のコイルが必要である。１相につき別個の２つのコイルを使用すると、２つの巻線間の接続点が、電気的および機械的な弱点となる。本発明の着想は、注型前にこれらの巻線を接続し、次いで、これらの２つの巻線を一体の１つのコイルとして注型成形することである。これは、背景技術の項で説明した諸課題を解決する。

相互接続された２つの巻線を備える単一の注型成形コイルは、活性部品および接続点が樹脂絶縁物内にあるため、クリアランスまたは型式の承認をより容易に得る。

２つの巻線間の接続点が注型成形コイルと一体の部分となるため、この接続点は機械的に強くなる。２つの巻線間の接続点はもはや、変圧器の振動または地震などの震動活動の影響を受けない。この機械的に強い接続は、別個の２つのコイル間の電気的接続をより堅固にする。別個の２つのコイルを固定し、支持するために機械的な解決手段を追加する必要なく、変圧器上に取り付けられたそれらのコイルを接続する課題は解決される。

別個の２つのコイルとは対照的に、一体の１つのコイルを鉄心にかぶせるだけでよく、全ての活性部品が樹脂中に封入されているため、心とコイルの組立てはより容易である。

巻線の導線は、従来の巻線機上の層または円板型形式の銅、アルミニウムなどの導線と絶縁テープとの互層から、内型に巻き付けられる。

添付図面は本明細書の一部を構成し、さまざまな形態で具体化することができる本発明の例示的な実施形態を含む。

巻線機で製造された巻線を概略的に示す図である。 本発明の方法の一実施形態に基づく組立て前の巻線および外型部品を示す図である。 巻線および内型を組み立てた後の図である。 巻線の周りに外型を組み付けた後の図である。 ２つの内型間の防漏性継目の実施形態を示す図である。

この項では、好ましい実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、さまざまな形態で具体化することができることを理解されたい。したがって、ここで開示する特定の詳細を、本発明を限定するものと解釈すべきではなく、むしろ、特許請求項の基礎、および適当に詳細な事実上任意のシステム、構造または方法において本発明を使用するために当業者に教示するための典型的な基礎と解釈すべきである。

図１は巻線機で製造されたときの巻線１の外観を概略的に示す。内型ないしマンドレル３の周りに導線２が巻き付けられている。この内型を、ある支持構造体４、例えばクロスビームによって支持することもできる。Ｌは巻線の最大長である。

図２は本発明の一実施形態に基づく組立て前の巻線１’、１”および外型５を示す。図１と同様に、２つの巻線１’、１”はそれぞれ内型３の周りに巻き付けられている。この型はさらに、内型の両端に配置された側型６ないし側板を備える。外型５は１つの部品からなり、または一体に接合されるいつかの部品を備えることができる。

図３。巻線１’、１”および内型３が組み立てられている。内型は固定具を有するように構成されており、この固定具は、内型を互いに接続することができ、２つの内型間の継目が防漏性であることを保証する。この固定具は、２つの内型間に配置されたＨ字形の高温ゴムパッキン（例えばシリコーン）とすることができる。テープ（ポリマーおよび／または金属、例えばアルミニウム）および／または他のある種の接着材によってこの継目をさらに密封することができる。この継目は、２つの内型３間の継目の内側にきつく配置された鋼製の環とすることができる。図１の単一の巻線の長さがＬであるのに対して、このコイルの長さは２Ｌである。

図４。巻線の周りに外型が組み付けられている。この注型成形用型アセンブリ１０を真空室内に水平に配置し、外型５の開いた領域７を通して注型用樹脂、例えばエポキシ樹脂を注入して、型を注型用樹脂で満たす。このような真空注型法は当技術分野においてよく知られている。ゲル化および硬化過程の間、型アセンブリ１０は水平に維持されることが好ましい。硬化過程が完了した後、外型５を取り外し、カプセル封入された長いコイルを、注型成形用型アセンブリから取り出す。内型１’、１”は取り外すことができ、または任意選択でコイル上に残すこともできる。型が使い捨てである場合には、型を廃棄し、再使用可能である場合には、洗浄し、再び使用する。樹脂材料は樹脂単独とすることができ、または、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維を樹脂に混入することもできる。型の中の巻線の外側および／または巻線の内側の内型と導線との間に、ガラス繊維ネットなどの繊維ネットまたはマットの層を含めることもでき、これらの層は、完成注型成形コイルと一体の部分となる。

図５は２つの内型１’と１”との間の継目の可能な２つの実施形態を、２つの内型間に配置されたＨ字形のパッキンとして示す。

外型５は、一体化されたドーム／タップ領域７を有するように構成される。コイルおよび型の露出した開いた領域であるタップ／ドーム領域７は、カプセル封入工程のエポキシ充填位置としてよく適している。この領域はさらに、エポキシの収縮を補う予備領域の役目も果たす。

当技術分野ではよく知られているように、注型の前には、樹脂剥離剤を型部品に塗布する。型部品は通常、鋼板を含む。

型への充填が終了すると、型アセンブリを所定の時間に亘って所定の温度にさらすことで樹脂を加熱することにより、樹脂を硬化させることができる。加熱による樹脂の硬化は、エポキシ硬化を達成するために、コイルにＤＣ電流を印加して、導線およびエポキシカプセル封入されたコイルを、所定の時間に亘って所定の温度に抵抗加熱することによっても達成することができる。

図には、巻線およびコイルが円形として示されているが、楕円形または他の形状の巻線およびコイルに対しても、この方法が同じようによく役立つであろうことは当業者には明白である。

以上の説明が、２つの巻線を有する樹脂封入されたコイルを製造する方法を説明しているとはいえ、この方法が、２つの巻線を接続し、注型成形して、一体化された１つのコイルを形成することだけに限定されないことは当業者には明らかである。設計上または製造上の理由から、３つ以上の巻線を接続し、注型成形して一体の１つのコイルを形成するときにも、この方法を使用することができる。

本発明に従って製造されたコイルは、変圧器を製造するのに適している。この変圧器は、鉄心と１つまたは複数のコイルとを備える。

好ましい実施形態に関して本発明を説明したが、本発明の範囲を、記載した特定の形態に限定することは意図されておらず、反対に、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の趣旨および範囲に含まれる可能性がある代替物、変更物および等価物をカバーすることが意図されている。

Claims (8)

1. ２つの管状内型部品（１’、１’’）と少なくとも前記内型部品の長さの和である長さを有する１つの外型部品（５）とを含む型によって樹脂中に封入された導電性巻線（２）を備える変圧器コイルを製造する方法であって、
   − 前記内型部品のうちの第１の内型部品の周りに第１の導線を巻き付けるステップと、
   − 前記内型部品のうちの第２の内型部品の周りに第２の導線を巻き付けるステップと、
   − 前記第１の内型部品の一端を前記第２の内型部品の一端に接合して、前記型部品間に密封された継目を形成するステップと、
   − 前記第１の導線と前記第２の導線とを電気的に接続して、１つの巻線を形成するステップと、
   − 前記巻線を有する前記接合された内型部品を前記外型部品内に配置するステップと、
   − 前記内型部品と前記外型部品の間に巻線を閉じ込めるステップと、
   − 前記型部品間の囲われた空間に樹脂を充填するステップと、
   − 前記樹脂を硬化させるステップと、
   − 前記外型部品（５）を取り外すステップと
   を含む方法。
2. さらに、前記巻線を有する前記接合された内型部品を、前記外型部品（５）と前記接合された内型部品（１’、１’’）との間の容積を囲う端部品（６）内に閉じ込める、請求項１に記載の方法。
3. 前記樹脂を所定の時間に亘って所定の温度に加熱することにより前記樹脂を硬化させるステップ
   を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記コイルにＤＣ電流を印加して前記導線および前記樹脂を所定の時間に亘って所定の温度に抵抗加熱することにより前記樹脂を加熱するステップ
   を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の導線と前記第２の導線とを直列に接続するステップ
   を含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の導線と前記第２の導線とを並列に接続するステップ
   を含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記巻線を真空室内に水平に配置し、前記外型部品の開いた領域（７）を通して注型用樹脂を注入するステップ
   を含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法に従って製造されたコイルを少なくとも１つ備える変圧器。

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