特許 7402062 変圧器用コイル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-12

(45)【発行日】2023-12-20

(54)【発明の名称】変圧器用コイル

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/28 20060101AFI20231213BHJP

   H01F 41/04 20060101ALI20231213BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20231213BHJP

   H01F 5/00 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

H01F27/28 147

H01F41/04 C

H01F30/10 C

H01F5/00 J

H01F27/28 K

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020007531

(22)【出願日】2020-01-21

(65)【公開番号】P2021114581

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2022-10-17

(73)【特許権者】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】逵村 祐介

【審査官】後藤 嘉宏

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－２３２２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７２８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５９８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４５０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９６２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９８４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２９５２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ４１／０４

Ｈ０１Ｆ ３０／１０

Ｈ０１Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平角線を筒状に巻回して構成され、軸方向に複数ターンからなる層を、内側の第１層から外側に向けて複数層に備え、前記平角線を巻回する上で前記軸方向の端部に生じる隙間に絶縁物からなる詰め物が配置される変圧器用コイルであって、
前記各層は、軸方向に関して一定の位置において平角線が巻回される直線部と、次のターンを巻回するために平角線を軸方向にずらす渡り部とを有して構成され、
巻初めは直線部であって、各ターンの途中部の１か所で前記渡り部が設けられ、各層の巻終りに次の層への段上り部が設けられて、前記渡り部或いは前記段上り部で生じる前記隙間に前記詰め物が配置され、
前記渡り部及び段上り部が、奇数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以降の位置に設けられ、偶数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以前の位置に設けられている変圧器用コイル。

【請求項2】

平角線を筒状に巻回して構成され、軸方向に複数ターンからなる層を、内側の第１層から外側に向けて複数層に備え、前記平角線を巻回する上で前記軸方向の端部に生じる隙間に絶縁物からなる詰め物が配置される変圧器用コイルであって、
前記各層は、軸方向に関して一定の位置において平角線が巻回される直線部と、次のターンを巻回するために平角線を軸方向にずらす渡り部とを有して構成され、
巻初めは直線部であって、各ターンの途中部の１か所で前記渡り部が設けられ、各層の巻終りに次の層への段上り部が設けられて、前記渡り部或いは前記段上り部で生じる前記隙間に前記詰め物が配置され、
前記渡り部が、奇数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以降の位置に設けられ、偶数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以前の位置に設けられていると共に、前記段上り部が、奇数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以前の位置に設けられ、偶数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以降の位置に設けられている変圧器用コイル。

【請求項3】

断面が長方形状をなる角筒形状を有するものであって、
前記平角線の１ターンにおいては、対向する２辺が長辺であり、残りの２辺が短辺とされ、前記渡り部及び段上り部は、前記長辺に位置して設けられている請求項１又は２に記載の変圧器用コイル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、変圧器用コイルに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば高電圧受配電設備用の変圧器に使用されるコイルとしては、断面が平たい四角形状をなす平角線を、多層に巻回したものが知られている（例えば特許文献１参照）。この場合、平角線を採用することにより、丸線を用いる場合等と比較して占積率を良好にすることができる。コイルを巻回するにあたっては、例えば軸方向を上下方向とした角筒状をなす巻型の外周面に対し、平角線を、水平方向に対して１ピッチ分だけ傾けたテーパーを設けながら、軸方向全体に渡って下方向に１ターンずつ順に密に巻回することが行われる。平角線の一層分の巻回が終了すると、巻終り部分から１段上に上がって、テーパーの傾きを逆にしながら、今度は上方向に巻回していくことが行われる。これを繰返すことにより、多層のコイルが得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－１９６２３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のように、平角線を巻回するにあたって、軸方向全体に渡ってテーパーを設けるようにしたものでは、各層の巻始めと巻終りとの端部部分に隙間ができてしまう。そのため、平角線のターン数がｎ巻に対して、コイルとして、平角線のｎ＋１本分の軸方向高さ寸法が必要となり、実際の占積率がさほど良くならない事情があった。また、多層巻きする際の巻崩れを防止するために、上記隙間に絶縁物からなる詰め物を配置せざるを得ず、巻線作業の作業性にも劣っていた。詰め物を細長い三角形状をなすような形状とする必要があり、詰め物に関するコストもかかるものとなっていた。

【0005】

そこで、高い占積率を得ることができながらも、巻線作業の作業性を良好とすることが可能な変圧器用コイルを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る変圧器用コイルは、平角線を筒状に巻回して構成され、軸方向に複数ターンからなる層を、内側の第１層から外側に向けて複数層に備え、前記平角線を巻回する上で前記軸方向の端部に生じる隙間に絶縁物からなる詰め物が配置されるものであって、前記各層は、軸方向に関して一定の位置において平角線が巻回される直線部と、次のターンを巻回するために平角線を軸方向にずらす渡り部とを有して構成され、巻初めは直線部であって、各ターンの途中部の１か所で前記渡り部が設けられ、各層の巻終りに次の層への段上り部が設けられて、前記渡り部或いは前記段上り部で生じる前記隙間に前記詰め物が配置され、前記渡り部及び段上り部が、奇数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以降の位置に設けられ、偶数層においては、前記巻初め位置から０．５ターン以前の位置に設けられている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態を示すもので、変圧器用コイルの外観を概略的に示す斜視図

【図2】巻回作業の途中の様子を概略的に示す斜視図（その１）

【図3】巻回作業の途中の様子を概略的に示す斜視図（その２）

【図4】コイルの第１層を巻回した状態を模式的に示す展開図

【図5】コイルの第２層までを巻回した状態を模式的に示す展開図

【図6】コイルの第３層までを巻回した状態を模式的に示す展開図

【図7】コイルの第４層までを巻回した状態を模式的に示す展開図

【図8】第２の実施形態を示すもので、コイルの第１層を巻回した状態を模式的に示す展開図

【図9】コイルの第２層までを巻回した状態を模式的に示す展開図

【図10】コイルの第３層までを巻回した状態を模式的に示す展開図

【発明を実施するための形態】

【0008】

（１）第１の実施形態
以下、第１の実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る変圧器用コイル１（以下、単に「コイル１」と称する）の外観構成を示している。このコイル１は、平角線２を筒状に巻回して構成され、本実施形態では、全体として、角部に丸みを有する断面が長方形状をなす角筒形状をなしている。尚、図１では、コイル１の軸方向を上下方向として図示しており、以下、コイル１の向きを言う場合には、図１の上下方向をコイル１の上下方向として説明する。

【0009】

前記平角線２は、周知のように、断面が平らな矩形状をなす導体の外面に、絶縁被覆を設けて構成されている。コイル１は、軸方向に平角線２の複数ターン、例えば１３．５ターンからなる層Ｌを、内側の第１層から外側に向けて複数層例えば十数層に備えて構成される。図４～図７等に示すように、各層Ｌを区別する必要がある場合には、符号Ｌの後に数字を付して、第１層Ｌ１、第２層Ｌ２、第３層Ｌ３、第４層Ｌ４、等と称する。尚、図示は省略するが、コイル１には、平角線２を巻回する上で端部等に隙間が形成され、巻崩れ防止のために、その隙間に例えば合成樹脂等の帯状の絶縁物からなる詰め物が配置されている。また、層間に絶縁紙が配置されていても良い。

【0010】

さて、図２～図７も参照して前記コイル１について、より具体的に説明する。ここで、コイル１は、４つの壁部言い替えれば４つの面を有している。コイル１は上面から見て長方形状をなしているので、対向する２辺が長辺であり、残りの２辺が短辺とされる。本実施形態では、図４～図７に示すように、それら４つの面を、第１短辺部３、第１長辺部４、第２短辺部５、第２長辺部６と称する。

【0011】

このコイル１の各層Ｌは、軸方向に関して一定の位置において平角線２が巻回される直線部７と、次のターンを巻回するために平角線２を軸方向にずらす渡り部８とを有して構成される。前記直線部７においては、平角線２が図４～図７で水平横方向に延びて巻回されている。前記渡り部８においては、渡り部８の初めから終わりまでの間に、平角線２が軸方向に１ピッチ分、即ち平角線２の幅寸法分だけずれるようなテーパーをなすように巻回されている。

【0012】

コイル１は、巻初め部９（図４等参照）から巻回が始まり、例えば上から見て右回り方向に、各層Ｌにおいて、平角線２が、前に巻回された部分と上下方向に密着しながら、１ターンずつ、軸方向にずれていくように巻回される。１３ターンと約半周（０．５ターン）まで進むと、平角線２は、段上り部１０を介して次の層Ｌに進み、巻回がなされる。次の層Ｌでは、巻回の進む巻進み方向が、矢印Ａから矢印Ｂへと上下方向に反転する。本実施形態では、巻初め部９部分からしばらくは直線部７であって、各ターンの途中部の１か所で前記渡り部８が設けられ、各層Ｌの巻終りに次の層Ｌへの段上り部１０が設けられている。

【0013】

このとき、図４等に示すように、平角線２の巻初め部９は、前記第１短辺部３の上部に位置し、ここから第１層Ｌ１の巻回が始まる。そして、図４、図６に示すように、奇数層においては、平角線２の渡り部８及び段上り部１０が、巻初め部９から０．５ターン以降の位置、具体的には第２長辺部６に位置して設けられ、偶数層においては、平角線２の渡り部８及び段上り部１０が、巻初め部９から０．５ターン以前の位置、具体的には第１長辺部４に位置して設けられている。

【0014】

次に、上記コイル１を製造する場合の、作業者が実行する巻回の作業について述べる。尚、詳しく図示はしないが、コイル１の巻回作業を行う設備においては、平角線２を供給源から順送りに繰出す繰出し機構や、巻型１１を備えている。図２及び図３に示すように、巻型１１は、コイル１の内周部に対応した外形を有する角筒状をなしており、従って、その外周面には、第１短辺部３に対応した第１面１１ａ、第１長辺部４に対応した第２面１１ｂ、第２短辺部５に対応した第３面１１ｃ、第２長辺部６に対応した第４面１１ｄを有している。この巻型１１は、軸方向を水平方向、つまり図で左右方向として、コイル１の中心軸でもある中心軸Ｏを中心に回転可能に設けられている。巻型１１の図で左側が、コイル１の上方となる。

【0015】

ここで、図４～図７は、コイル１の第１層Ｌ１～第４層Ｌ４における、巻枠１１も含めた平角線２の巻回状態を、第２短辺部５の途中で切断した形態の展開図として夫々示している。巻回作業を行うにあたっては、まず、平角線２の先端側の巻初め部９を、図２に示すように、巻型１１のうち第１面１１ａの途中部の左側に配置して粘着テープ等で仮止めする。引続いて、図４にも示すように、巻型１１を矢印Ｃ方向に回転させながら、平角線２を、巻型１１の第１面１１ａの後半分、第２面１１ｂ、第３面１１ｃの外面に対して、順にテーパーを付けずに直線的に巻付けていく。

【0016】

そして、平角線２が第４面１１ｄに差し掛かったところで、図２で右寄り（図４で下寄り）に若干のテーパーを設けながら巻回し、第４面１１ｄ内で平角線２の幅寸法分だけずれたところで、再び直線的な巻回に戻し、第１面１１ａに進めていく。平角線２の２ターン目では、第１面１１ａ、第２面１１ｂ、第３面１１ｃの外面に対して、先に巻回されている平角線２の図２で右の縁部に密着させながら、軸方向に関して一定の位置で直線的に巻回していくことが行われる。第４面１１ｄにあっては、先に巻回されている平角線２に沿うようにしてテーパーを設けながら巻回し、再び直線的な巻回に戻し、第１面１１ａに進めていく。以上の巻回作業を、図２、図４で矢印Ａ方向に進めていく。

【0017】

これにより、図２、図４に示すように、コイル１の第１層Ｌ１においては、巻型１１のうち第１面１１ａから第３面１１ｃまで延びて、直線部７が形成され、第４面１１ｄに渡り部８が形成されながら、平角線２の巻回がなされる。これにて、第１層Ｌ１は、第１短辺部３、第１長辺部４、第２短辺部５に渡って直線部７とされ、第２長辺部６に渡り部８が形成される。平角線２の１３．５ターンの巻回が終わると、図４、図５に示すように、第４面１１ｄの初め部分において段上り部１０が設けられて、第１層Ｌ１の外面に対する、第２層Ｌ２の巻回作業が開始される。

【0018】

第２層Ｌ２に関する平角線２の巻回作業は、図５に矢印Ｂで示すように、第１層とは逆向きに進むように行われる、まず、第４面１１ｄから第１面１１ａまで、平角線２をテーパーを付けずに直線的に巻回する。そして、この第２層Ｌ２では、第２面１１ｂにおいて、図３で左寄り（図５で上寄り）に若干のテーパーを設けながら巻回し、第２面１１ｂ内で平角線２の幅寸法分だけずれたところで、再び直線的な巻回に戻し、第３面１１ｃ、更に第４面１１ｄに進めていく。平角線２の２ターン目以降では、やはり先に巻回されている平角線２の図５で上の縁部に密着させながら、同様に巻回作業を行っていく。

【0019】

これにより、図５に示すように、コイル１の第２層Ｌ２においては、巻型１１のうち第３面１１ｃ、第４面１１ｄ、第１面１１ａに延びて、直線部７が形成され、第２面１１ｂに渡り部８が形成されながら、平角線２の巻回がなされる。これにて、第２層Ｌ２は、第２短辺部５、第２長辺部６、第１短辺部３に渡って直線部７とされ、第１長辺部４に渡り部８が形成される。平角線２の１３．５ターンの巻回が終わると、図３並びに図５、図６に示すように、第２面１１ｂの初め部分において段上り部１０が設けられて、第２層Ｌ２の外面に対する、第３層Ｌ３の巻回作業が開始される。

【0020】

第３層Ｌ３の平角線２の巻回作業については、図６に示すように、第２面１１ｂの初めの段上り部１０から、上記第１層Ｌ１の巻回作業と同様にして、矢印Ａ方向に進みながら、巻型１１のうち第１面１１ａから第３面１１ｃまで延びて、直線部７が形成され、第４面１１ｄに渡り部８が形成されるようにして行われる。第４層Ｌ４の平角線２の巻回作業については、図７に示すように、上記第２層Ｌ２の巻回作業と同様に行われる。以降の詳しい説明は省略するが、上記のような巻回作業が、所定の層数だけ行われることにより、コイル１が得られる。

【0021】

このように本実施形態のコイル１によれば、次のような作用・効果を得ることができる。即ち、コイル１においては、平角線２の巻初め部９は直線部７であって、ターンの途中部に部分的に渡り部８が設けられると共に、渡り部８以外の部分が、直線部７とされている。このとき、１ターン内での渡り部８を設ける範囲が小さくなり、ひいては、渡り部８に起因して発生するコイル１内の隙間を小さく済ませることができる。

【0022】

これにより、絶縁物からなる詰め物を配置する際に、詰め物の大きさを小さく済ませることができる等、詰め物に関する作業コストを低減することできる。また、直線部７の割合が多くなる分だけ巻回作業も容易となる。この結果、本実施形態のコイル１によれば、高い占積率を得ることができながらも、巻線作業の作業性を良好とすることができるという優れた効果を得ることができる。

【0023】

本実施形態では、渡り部８及び段上り部１０が、奇数層においては、巻初め部９の位置から０．５ターン以降の位置に設けられ、偶数層においては、巻初め部９の位置から０．５ターン以前の位置に設けられている。これにより、従来のような、１ターン全体をテーパ―状に巻回するものと比べて、一層に関して、０．５ターン分だけ長く巻くことができて、その分だけ占積率を高めることができる。これと共に、詰め物が小さく且つ簡単な形状で済み、巻回作業が容易となる。

【0024】

特に本実施形態では、２つの短辺部３、５と、２つの長辺部４、６とを有する角筒形状を有するものであって、巻初め部９の位置を第１の短辺部３とし、１ターンのうち、傾斜をつける渡り部８を、どちらかの長辺部４、６に位置して設けるようにした。これにより、渡り部８が隣り合う複数面に渡ることもなく、残りの３面については直線部７を設けることになるので、平角線の巻回の作業を極めて容易に行うことができる。

【0025】

（２）第２の実施形態、その他の実施形態
図８～図１０は、第２の実施形態を示すものである。この第２の実施形態が、上記第１の実施形態と異なるところは、コイル（全体として図示せず）を製造する際の、平角線２の巻き方にある。この場合、上記第１の実施形態と同様に、コイルは、第１短辺部１３、第１長辺部１４、第２短辺部１５、第２長辺部１６を有する角筒形状に構成される。巻型１１については、第１の実施形態と同等のものが用いられる。

【0026】

そして、図８、図１０に示すように、奇数層においては、平角線２の渡り部１８が、巻初め部１９から０．５ターン以降の位置である第２長辺部１６に位置して設けられ、段上り部２０が、巻初め部１９から０．５ターン以前の位置である第１長辺部１４に位置して設けられる。図９に示すように、偶数層においては、平角線２の渡り部１８が、巻初め部１９から０．５ターン以前の位置である第１長辺部１４に位置して設けられ、段上り部２０が、巻初め部１９から０．５ターン以降の位置である第２長辺部１６に位置して設けられる。

【0027】

ここで、図８～図１０は、コイルの第１層Ｌ１´～第３層Ｌ３´における、巻枠１１も含めた平角線２の巻回状態を、第２短辺部１５の途中で切断した形態の展開図として夫々示している。図８に示すように、第１層Ｌ１´においては、巻初め部１９から、巻回作業が矢印Ａ方向に進められ、巻型１１のうち第１面１１ａから第３面１１ｃまで延びて、直線部１７が形成され、第４面１１ｄに渡り部１８が形成されながら、平角線２の巻回がなされる。そして、第２面１１ｂの終り部分において段上り部２０が設けられて、第１層Ｌ１´の外面に対する、次の第２層Ｌ２´の巻回作業が開始される。このとき、段上り部２０からの部分については、巻型１１の表面に第２層Ｌ２´の初め部分を巻回するための詰め物がなされる。

【0028】

図９に示すように、第２層Ｌ２´においては、矢印Ｂで示すように進行され、第３面１１ｃから第１面１１ａまで、平角線２をテーパーを付けずに直線的に巻回する。そして、この第２層Ｌ２´では、第２面１１ｂにおいて、若干のテーパーを設けながら巻回し、第２面１１ｂ内で平角線２の幅寸法分だけずれたところで、再び直線的な巻回に戻し、第３面１１ｃに進めていく。このとき、先の段上り部２０が渡り部１８のガイドとなるようにしながら巻回作業を行うことができる。

【0029】

これにより、第２層Ｌ２´においては、巻型１１のうち第３面１１ｃ、第４面１１ｄ、第１面１１ａに延びて、直線部１７が形成され、第２面１１ｂに渡り部１８が形成されながら、平角線２の巻回がなされる。ここでは、第４面１１ｄの終り部分において段上り部２０が設けられて、第２層Ｌ２´の外面に対する、次の第３層Ｌ３´の巻回作業が開始される。

【0030】

図１０に示すように、第３層Ｌ３´の平角線２の巻回作業については、第４面１１ｄの初めの段上り部２０から、上記第１層Ｌ１´の巻回作業と同様にして、矢印Ａ方向に進みながら行われる。この場合も、第４面１１ｄに渡り部１８が形成され、このとき、先の段上り部２０が渡り部１８のガイドとなるようにしながら巻回作業を行うことができる。図示及び詳しい説明は省略するが、第４層以降の平角線２の巻回作業は、偶数層については図９に示す第２層Ｌ２´と同様に行われ、奇数層については、図１０に示す第３層Ｌ３´と同様に行われる。上記のような巻回作業が、所定の層数だけ行われることにより、コイルが得られる。

【0031】

このような第２の実施形態によれば、上記第２の実施形態と同様に、１ターン内での渡り部１８を設ける範囲が小さくなり、ひいては、渡り部１８に起因して発生するコイル内の隙間を小さく済ませることができる。この結果、高い占積率を得ることができながらも、巻線作業の作業性を良好とすることができるという優れた効果を得ることができる。特に本実施形態では、段上り部２０が次の層の渡り部１８のガイドとなるようにしながら巻回作業を行うことができるので、作業をより一層容易に行うことができる。

【0032】

尚、上記した各実施形態では、コイルを角筒形状のものとしたが、円筒形状のものであっても良い。この場合も、１ターンのうち渡り部を部分的に設け、残りの部分を直線部にすることにより、高い占積率を得ることができながらも、巻線作業の作業性を良好とすることができる効果を得ることができる。その他、上記した実施形態における、各層の巻数（ターン数）や層数等の具体的数値としても、一例を示したに過ぎず、適宜変更することができることは勿論である。

【0033】

以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0034】

図面中、１は変圧器用コイル、２は平角線、３、１３は第１短辺部、４、１４は第１長辺部、５、１５は第２短辺部、６、１６は第２長辺部、７、１７は直線部、８、１８は渡り部、９、１９は巻初め部、１０、２０は段上り部、１１は巻型、１１ａは第１面、１１ｂは第２面、１１ｃは第３面、１１ｄは第４面、Ｌ１～Ｌ４、Ｌ１´～Ｌ３´は層を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】