JPH10229022A - リアクトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製作時間を延ばすことなく、絶縁特性を維持
し、小形・軽量化を図ることのできるリアクトルを得る
こと。 【解決手段】帯板状の導体１ａを２枚重ね、片側の導体
１ａには、アラミド紙製の絶縁テープ１ｂを飛ばし巻き
であらかじめ巻き付ける。これにより、螺旋状に巻かれ
た絶縁テープ１ｂの間と導体との間に対して、真空含浸
の前に空隙を形成し、真空含浸の前の真空引きを容易に
する。この空隙と導体１ａとの体積の比率は、少なくと
も0.2 ％以上とすることが、樹脂の浸透上から好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気鉄道の車両な
どに使われるリアクトルに関する。

【０００２】

【従来の技術】図16は、従来の電気鉄道の車両に搭載さ
れて、主電動機を駆動する可変電圧可変周波数の交流電
源の波形のなかに含まれる高調波の脈動を吸収する空心
のリアクトルの一例を示す部分断面図、図17は、図16の
絶縁電線の拡大詳細断面図である。

【０００３】図16において、このリアクトルは、断面が
図17で示す長方形で長尺の絶縁電線７を、後述する図３
及びこの図３のＢ−Ｂ断面拡大図を示す図４に示すよう
に、断面が長方形の巻枠の外周に巻き付け、外周方向に
複数層に巻き付けたコイルを図17に示すように複数列に
重ねて製作される。

【０００４】絶縁電線７の導体７ａには、断面が長方形
で四隅に面取りＲが形成された純アルミニウム線が使用
され、この導体７ａには、あらかじめ絶縁テープが重ね
巻きで巻き付けられている。

【０００５】巻枠に巻き付けられる過程において、各層
と各列の間には、図17で示すように、断面が長方形でガ
ラス強化プラスチック（ＧＦＲＰ）材から製作されたス
ペーサ８が挿入される。

【０００６】このようにして成形されたコイルは、エポ
キシ樹脂の真空含浸槽に浸漬され真空引きをした後、エ
ポキシ樹脂で加圧含浸され槽から引き上げられた後、高
温炉で加熱乾燥されエポキシ樹脂が硬化される。

【０００７】この結果、導体７ａの外周に巻き付けられ
た絶縁テープの内側や絶縁テープの間にエポキシ樹脂の
絶縁層７ｂを形成して、全体の電磁力と機械的強度の確
保や風雪などに対する表面の耐候性の向上が図られてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたリアクトルにおいては、導体７ａの外周に巻
き付けられた絶縁テープのために、真空引きされる工程
において、絶縁テープの内部及び絶縁テープと導体７ａ
の間に形成された僅かな隙間の空気の排出に時間がかか
る。

【０００９】そのためにも、絶縁電線７の層間や各列の
間には、スペーサ８を挿入して、空気の排出を容易にす
るとともに、エポキシ樹脂の浸透時間も短縮するように
考慮されているが、それでも、絶縁テープの内部にエポ
キシ樹脂が完全に浸透しない部分が残るおそれがある。

【００１０】一方、ますます高速化する車両や保守・点
検を容易にするためにも、リアクトルの小形化と軽量化
が要請されている。

【００１１】そこで、本発明の目的は、製作時間を延ば
すことなく、絶縁特性を維持し、小形・軽量化を図るこ
とのできるリアクトルを得ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、外周に層間絶縁が形成された導体を環状に複数層に
巻き付けて絶縁樹脂を含浸したリアクトルにおいて、導
体を２本の導体の重ね合わせで構成したことを特徴とす
る。

【００１３】また、請求項２に対応する発明のリアクト
ルは、導体の外周に面取り部を形成したことを特徴と
し、請求項３に対応する発明のリアクトルは、２本の導
体の少なくとも片側に、絶縁テープを飛ばし巻きで巻装
したことを特徴とし、請求項４に対応する発明のリアク
トルは、２本の導体の間に絶縁シートを介在させたこと
を特徴とする。

【００１４】さらに、請求項５に対応する発明のリアク
トルは、層間絶縁と導体の外周及び導体間に形成される
含浸前の空隙と導体の体積との比を少なくとも0.2 ％と
したことを特徴とし、請求項６に対応する発明のリアク
トルは、導体を純アルミニウム材としたことを特徴とす
る。

【００１５】このような手段によって、請求項１に対応
する発明においては、２本の導体の間に形成される隙間
によって、真空含浸時の排気時間を短縮し、請求項２に
対応する発明においては、導体の外周に形成された面取
り部で形成される隙間によって、真空含浸時の排気時間
を短縮する。

【００１６】また、請求項３に対応する発明において
は、飛ばし巻きで形成された螺旋状の隙間によって真空
含浸時の排気時間を短縮し、請求項４に対応する発明に
おいては、絶縁シートによってこの絶縁シートの内部と
この絶縁シートと層間絶縁との間に形成された隙間によ
って、真空含浸時の排気時間を短縮する。

【００１７】さらに、請求項５に対応する発明において
は、最小の空隙で絶縁特性を確保するとともに小形・軽
量を図り、請求項６に対応する発明においては、軽量化
を図る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリアクトルの一実
施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のリ
アクトルの第１の実施形態を示す正面図、図２は、図１
のＡ−Ａ断面図、図３は、図１，図２のように組み込ま
れたコイルを示す側面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面拡大
詳細図で、従来の技術で示した図16に対応する図であ
る。

【００１９】図１，図２，図３及び図４において、この
リアクトルは、図３で示したコイル２が４枚と、これら
のコイル２の間と外面側に対して、図２に示すように挿
入されるスペーサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、外側のスペーサ
３Ａ，３Ｂ，３Ｃの更に外側に添設されたフレーム６
と、これらのコイル２，スペーサ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ及び
フレーム６を締め付ける８本のスタッド４で構成されて
いる。なお、エポキシ樹脂の含浸も、従来と同様にフレ
ーム６に組み込んだ状態で行う。

【００２０】図１及び図２において、各コイル２の間と
外側には、ＧＦＲＰ材から製作された一対のスペーサ３
Ａが上部中央に平行に添設され、スペーサ３Ａと比べて
僅かに長いスペーサ３Ｂが下部に対してハ字状に添設さ
れている。

【００２１】さらに、各コイル２の左右の間と外側に
は、長方形のスペーサ３Ｃが外周側に添設されている。
このうち、スペーサ３Ａ，３Ｂには、フレーム６の外側
からスタッド４Ａが貫挿され、この結果各コイル２と各
スペーサ３Ａ，３Ｂは、スタッド４Ａの両側から螺合さ
れたナットで締め付けられている。

【００２２】一対のスペーサ４Ｂに形成されたスタッド
穴にも、フレーム６の外側から挿入された小径のスタッ
ドが貫挿され、締め付けられている。４列のコイル２
は、下端に形成された端子部で接続され、図１において
は、外部接続用のケーブル５が引き出されている。図３
及び図４に示すように、コイル２は、10層に巻き付けら
れ、絶縁導体１Ａは、２本の導体１ａの重ね合わせで構
成されている。

【００２３】図５は、絶縁導体１Ａの構成を示す斜視
図、図６は、絶縁導体１Ａの構成を示す拡大断面図、図
７は図６のＣ−Ｃ断面図である。図５，図６及び図７に
おいて、２本の導体１ａのうち、片側は素線の状態であ
るが、他側（注；図においては、上側）の導体１ａに
は、アラミド紙で製作された0.05mm厚，５mm幅の絶縁テ
ープ１ｂがテープ幅の間隔を空けて螺旋状に巻き付けら
れている。

【００２４】このような導体１ａを重ね合わせて、外側
に絶縁テープを巻き付け、巻枠で図３に示すように巻き
付けた後、図１及び図２に示すように組み込んで真空含
浸する。

【００２５】このように形成された絶縁導体１Ａに絶縁
樹脂を含浸したリアクトルにおいては、螺旋状に巻き付
けられた絶縁テープ１ｂの各層の間に形成された螺旋状
の空隙によって、真空引き作業の時間を短縮することが
できるだけでなく、この空隙によって絶縁テープ１ｂの
繊維の間の空気も容易に真空引きすることができるの
で、エポキシ樹脂を含浸した絶縁層の内部に気泡が残在
するおそれを解消することができ、長期に亘って絶縁特
性を維持することができる。

【００２６】発明者は、絶縁テープ１ｂの巻き付け間隔
を変えて、絶縁特性を比較検討した。図８は、導体１ａ
の厚さに対する図７に示す巻き付け間隔ｘの比率と含浸
前後の絶縁導体の重量の関係を調査した結果を示すグラ
フである。

【００２７】図８に示すように、導体の厚さに対する間
隔ｘの比率が、約240 ％において含浸樹脂量が最大で、
300 ％を超えると比率が徐々に低下するが、200 ％以下
では、やや急な勾配で低下することが分かった。

【００２８】空隙は、間隔ｘが広いほど増えるのである
が、実際には、このグラフから、100 ％〜400 ％が望ま
しいと発明者は判断する。発明者は、さらに、導体１ａ
の角部の面取り量と絶縁層の表面の誘電率の関係を調査
した。

【００２９】図９に示した空隙率とは、図６の断面図に
おいて、導体１ａの面積に対する、一対の導体の間に形
成された面取り部の空隙と絶縁テープの間の空隙の比率
を示す。

【００３０】図９において、従来の絶縁電線では、空隙
率はほぼ零で、誘電率の変化の割合は約140 ％である
が、導体の面取り量を増やして空隙率を上げると、空隙
率が約0.2 ％で誘電率の変化の割合が約295 ％であり、
これ以上空隙率を上げてもあまり変化がなくエポキシ樹
脂の密度が変わらないことが分かった。よって、発明者
は、空隙率は、0.2 ％以上があればよいと考える。さら
に、発明者は、真空引きの時間に対する絶縁層の誘電率
の変化の割合について調査した結果、図10に示す特性を
得た。

【００３１】図10に示すように、従来の絶縁導体では、
真空引き時間が120 分でも誘電率の変化は200 ％である
が、図５，図６及び図７に示した絶縁導体で空隙率を0.
2 ％及び0.7 ％とした絶縁導体では、誘電率の変化の割
合は、約30分で300 ％以上となった。したがって、本発
明のリアクトルでは、従来のリアクトルに比べて、絶縁
樹脂が完全に浸透していることが分かった。

【００３２】次に、図11は、本発明のリアクトルの第２
の実施形態を示す部分断面図で、（ａ）は図６に対応
し、（ｂ）は図７に対応する図である。この実施形態に
おいて、第１の実施形態と異なるところは、２本の導体
１ａそれぞれに対して、絶縁テープ１ｂを等間隔で巻き
付け、これらを重ねたときの空隙率を増やして絶縁電線
１Ｂとしたことである。

【００３３】この場合には、導体１ａの断面積が大きく
ても、図９で示した空隙率を容易に0.2 ％以上にするこ
とができるので、通電容量の大きいリアクトルに適す
る。

【００３４】図12は、本発明のリアクトルの第３の実施
形態を示す部分断面図で、図６及び図７（ａ）に対応
し、特に請求項４に対応する図である。

【００３５】図12において、図６及び図７と異なるとこ
ろは、２本の導体１ａの間に対して、厚さが0.13mmのガ
ラスクロス１ｅを挿入して絶縁電線１Ｃとしたことで、
このガラスクロス１ｅによって、２本の導体１ａの間に
形成される空隙と、各導体１ａの両側の間に形成された
面取り部分の空隙の和を、図９で示した空隙0.2 ％以上
の空隙率としたものである。

【００３６】このように絶縁電線が構成されたリアクト
ルにおいては、第１の実施形態の図６及び第２の実施形
態で示した図11の絶縁電線を用いたリアクトルと比べて
コイルの外形を小形化することができる。

【００３７】図13は、本発明のリアクトルの第４の実施
形態を示す図で、（ａ）は、前述した実施形態の図６，
図11（ａ）及び図12に対応する絶縁電線の部分断面図、
（ｂ）は、同じく図７及び図11（ｂ）に対応する図であ
る。図13において、前述した図６，図７及び図11と異な
るところは、２本の導体の形状で、他は、図１で示した
絶縁電線と同一である。

【００３８】すなわち、図13で示した絶縁電線１Ｄに
は、面取り加工が施されていない導体１ｆが採用され、
図11の絶縁電線と同様にアラミド紙の0.05mm厚，５mm幅
の絶縁テープ１ｂがテープ幅の間隔を空けて巻き付けら
れている。

【００３９】この場合には、電流容量が小さくて導体１
ｆの断面積の狭い絶縁電線でも、所定の空隙率を得るこ
とができるので、比較的小容量のリアクトルに適する利
点がある。

【００４０】図14は、本発明のリアクトルの第５の実施
形態を示す部分断面図で、前述した実施形態で示した図
６，図11（ａ），図12及び図13（ａ）に対応し、特に請
求項４に対応する図である。

【００４１】図14において、前述した実施形態と異なる
ところは、２本の導体１ａの間に対して、アラミド紙で
製作した厚さ0.13mmの絶縁テープ１ｇを挿入して絶縁電
線１Ｆとしたことである。この場合には、絶縁テープ１
ｇの内部の空隙面積は少ないので、導体１ａの面取り量
によって、図９で示した空隙率を確保する。

【００４２】このように絶縁導体が構成されたリアクト
ルにおいては、図12で示した実施形態のリアクトルと比
べて通電容量の小さいリアクトルで、かつ、２本の導体
１ａの間の絶縁特性が要求される場合に適する。

【００４３】図15は、本発明のリアクトルの第６の実施
形態を示す部分断面図で、前述した実施形態で示した図
６，図11（ａ），図12，図13（ａ）及び図14に対応する
図である。

【００４４】図15において、前述した実施形態で示した
絶縁電線と異なるところは、２本の導体１ａを直接重ね
て、空隙率は、各導体１ａの対向部の両側の面取り部で
確保して絶縁電線１Ｇとしたことである。

【００４５】このように絶縁電線が構成されたリアクト
ルにおいては、所定の空隙率を導体１ａの面取り部のみ
で得ているので、比較的通電容量の小さいリアクトルに
適し、導体の間に絶縁スペーサが介在しないので、外形
を小形化することができる利点がある。

【００４６】なお、上記実施形態では、車両に搭載され
軽量化が要求されるために、純アルミニウム材の導体を
用いた例で説明したが、純銅の導体でも重量は増える
が、適切な空隙を形成することで、車両に搭載しない場
合には、真空引きの時間を短縮し、絶縁特性を上げると
ともに、更に小形化したリアクトルを得ることができ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上、請求項１に対応する発明によれ
ば、外周に層間絶縁が形成された導体を環状に複数層に
巻き付けて絶縁樹脂を含浸したリアクトルにおいて、導
体を２本の導体の重ね合わせで構成することで、２本の
導体の間に形成される隙間によって、真空含浸時の排気
時間を短縮したので、製作時間を延ばすことなく、絶縁
特性を維持し、小形・軽量化を図ることのできるリアク
トルを得ることができる。。

【００４８】また、請求項２に対応する発明によれば、
導体の外周に面取り部を形成することで、導体の外周に
形成された面取り部で形成される隙間によって、真空含
浸時の排気時間を短縮したので、製作時間を延ばすこと
なく、絶縁特性を維持し、小形・軽量化を図ることので
きるリアクトルを得ることができる。

【００４９】また、請求項３に対応する発明によれば、
２本の導体の少なくとも片側に、絶縁テープを飛ばし巻
きで巻装することで、飛ばし巻きで形成された螺旋状の
隙間によって真空含浸時の排気時間を短縮したので、製
作時間を延ばすことなく、絶縁特性を維持し、小形・軽
量化を図ることのできるリアクトルを得ることができ
る。

【００５０】また、請求項４に対応する発明によれば、
２本の導体の間に絶縁シートを介在させることで、この
絶縁シートの内部とこの絶縁シートと層間絶縁との間に
形成された隙間によって、真空含浸時の排気時間を短縮
したので、製作時間を延ばすことなく、絶縁特性を維持
し、小形・軽量化を図ることのできるリアクトルを得る
ことができる。

【００５１】請求項５に対応する発明によれば、層間絶
縁と導体の外周及び導体間に形成される含浸前の空隙と
導体の体積との比を少なくとも0.2 ％とすることで、最
小の空隙で絶縁特性を確保するとともに小形・軽量を図
ったので、製作時間を延ばすことなく、絶縁特性を維持
し、小形・軽量化を図ることのできるリアクトルを得る
ことができる。

【００５２】請求項６に対応する発明によれば、導体を
アルミニウム材とすることで、軽量化を図ったので、製
作時間を延ばすことなく、絶縁特性を維持し、小形・軽
量化を図ることのできるリアクトルを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリアクトルの第１の実施形態を示す正
面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１，図２に組み込まれるコイルを示す図。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図。

【図５】図３及び図４のコイルに使われる絶縁電線を示
す説明図。

【図６】図５の部分断面拡大図。

【図７】図６のＣ−Ｃ断面図。

【図８】本発明のリアクトルの第１の実施形態の作用を
示すグラフ。

【図９】本発明のリアクトルの第１の実施形態の図８と
異なる作用を示すグラフ。

【図１０】本発明のリアクトルの第１の実施形態の図８
及び図９と異なる作用を示すグラフ。

【図１１】本発明のリアクトルの第２の実施形態を示す
部分詳細図で、（ａ）は絶縁導体を長手方向と直交方向
に切断した図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図。

【図１２】本発明のリアクトルの第３の実施形態を示す
部分断面図。

【図１３】本発明のリアクトルの第４の実施形態を示す
部分詳細図で、（ａ）は絶縁導体を長手方向と直交方向
に切断した図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図。

【図１４】本発明のリアクトルの第５の実施形態を示す
部分断面図。

【図１５】本発明のリアクトルの第６の実施形態を示す
部分断面図。

【図１６】従来のリアクトルの一例を示す部分断面図。

【図１７】従来のリアクトルに組み込まれる絶縁導体を
示す断面図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…絶縁導体、１
ａ，１ｆ…導体、１ｂ，１ｇ…絶縁テープ、１ｃ…絶縁
層、１ｄ…含浸前の空隙、１ｅ…ガラスクロス、２…コ
イル、３…スペーサ、４Ａ，４Ｂ…スタッド、５…ケー
ブル、６…フレーム。

フロントページの続き (72)発明者 小野寺 功 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周に層間絶縁が形成された導体を環状
   に複数層に巻き付けて絶縁樹脂を含浸したリアクトルに
   おいて、前記導体を２本の導体の重ね合わせで構成した
   ことを特徴とするリアクトル。
2. 【請求項２】 前記導体の外周に面取り部を形成したこ
   とを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 【請求項３】 前記２本の導体の少なくとも片側に、絶
   縁テープを飛ばし巻きで巻装したことを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載のリアクトル。
4. 【請求項４】 前記２本の導体の間に絶縁シートを介在
   させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   リアクトル。
5. 【請求項５】 前記層間絶縁と導体の外周及び前記導体
   間に形成される前記含浸前の空隙と前記導体の体積との
   比を少なくとも0.2 ％としたことを特徴とする請求項１
   乃至請求項４のいずれかに記載のリアクトル。
6. 【請求項６】 前記導体を純アルミニウム材としたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の
   リアクトル。