(57)【要約】【課題】変圧器において内側巻線の座屈強度を確保し、鉄心を圧迫することを防止して、鉄損や励磁電流を悪化させない変圧器用のコイル巻枠、及びそれを用いた変圧器を提供する。【解決手段】鉄心３は磁性帯を多層に巻回した巻鉄心又は多層に積み重ねた積鉄心から成り、コイル２が鉄心３に挿入されている。コイル２の最内周に配置されているコイル巻枠１ａは、外側に弓形に成形されていて、鉄心３側である内側に凹む座屈に対する強度が向上されている。したがって、内側巻線２１に対する座屈強度が確保され、大容量変圧器においても、鉄心３を圧迫することがなく、鉄損や励磁電流を悪化させることがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心が挿入されるコイルのコイル最内周に配設される変圧器用のコイル巻枠において、
内側に凹む座屈に対する強度を向上させたことを特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項２】
請求項１記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記コイル巻枠は、弓状形状に形成されていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項３】
請求項１記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記コイル巻枠は、圧出し加工が形成されていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項４】
請求項１記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記コイル巻枠は、弓状形状に形成されているとともに、圧出し加工が形成されていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記弓状形状及び／又は前記圧出し加工は、内側に向かって生じようとする前記座屈に対抗するため、内側から外側に向かって膨らむ態様で形成されていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記コイル巻枠は二つの対向する長辺のコイル巻枠部と二つの対向する短辺のコイル巻枠部とからなる矩形のコイル枠であり、
前記弓形形状の形成及び／又は前記圧出し加工の形成は、前記長辺のコイル巻枠部において行われていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項７】
請求項１記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記コイル巻枠は、円筒形に形成されており、且つ内側から支柱によって支えられていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項８】
請求項７記載の変圧器用のコイル巻枠において、
前記コイル巻枠は、圧出し加工が形成されていること
を特徴とする変圧器用のコイル巻枠。
【請求項９】
前記鉄心は磁性帯を多層に巻回した巻鉄心又は多層に積み重ねた積鉄心から成り、前記コイルが前記鉄心に挿入されており、座屈に対する座屈強度を向上させた請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の前記コイル巻枠が前記コイルの最内周に配置されていること、を特徴とする変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルが巻回される変圧器用のコイル巻枠、及びそれを用いた変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変圧器のコイル巻枠は、矩形のコイル巻枠を１つ又は巻鉄心材料幅方向に複数配置した構造を備えている。
【０００３】
本発明に関連した従来技術であって、文献に記載された技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には巻枠部材からなるコイル巻枠をコイルの最内周に設けたアモルファス巻鉄心変圧器が開示されている。また、最外巻鉄心は、巻鉄心を囲み、かつ、巻鉄心が挿入されるコイルの外側を押圧する補強枠を有する構成が記載されている。
【０００４】
こうした変圧器を大容量変圧器に適用する場合、鉄心はその断面積が大きくなるように構成されるが、コイル巻枠を鉄心幅方向に複数個配置した構造においても、短絡時に発生する内側に働く電磁機械力によって内側巻線が内側に向かって凹むように変形をする座屈をし（図９参照）、鉄心が圧迫され、鉄損や励磁電流を悪化させるという問題がある。
【０００５】
また、四角筒状のコイル巻回部の各面に中央部の肉厚が厚い略山形の肉厚部を形成し、中央部分の強度を高めて巻回時の変形に対する耐力を大きくした、放電安定器等に使用されるボビン形状が提案されている（特許文献２参照）。この提案では、各辺の中央部のみを肉厚に形成しているので、そうしたコイル巻回部の製造に手間がかかり、材料の量の点でも多くの材料を使用し、コストの低減が難しい。
【０００６】
鍔付きボビンのコイルを巻き付ける中間筒部の周面に、中央部を肉厚に形成し、各周面が外方に突出した円弧状になるようにし、最下層のコイルを中間筒部の各周面に均一に接触した状態に巻き、コイルの浮き上がりを防止することを図った電磁コイルが提案されている（特許文献３参照）。各辺の中央部のみを肉厚に形成しているので、特許文献２と同様の問題・不具合がある。
【０００７】
コイル巻枠部の中空孔の内面を外方にアーチ状に膨らませることにより、膨らませた部分にアーチ効果を生じさせて、電圧巻線を巻回したときの巻回締付力が加わってもコイル巻枠部が内側へ変形するのを少なくした電力量計の電圧電磁石装置が提案されている（特許文献４参照）。アーチ状に膨らませたコイル巻枠部は全周に形成されており、形状に制約がある。
【特許文献１】特開平１０−３４０８１５号公報
【特許文献２】実全昭５８−３２６０９号公報
【特許文献３】実全昭５５−８８２１０号公報
【特許文献４】特開平１０−１１６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、内側巻線の最内周に配置される変圧器用のコイル巻枠、及びそれを用いた変圧器であって、強度改善によって、鉄心への圧迫等の影響を及ぼすおそれのある座屈を回避する点で解決すべき課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、変圧器において内側巻線の座屈強度を確保し、鉄心を圧迫することを防止して、鉄損や励磁電流を悪化させない変圧器用のコイル巻枠、及びそれを用いた変圧器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明によるコイル巻枠は、鉄心が挿入されるコイルのコイル最内周に配設される変圧器用のコイル巻枠であって、内側に凹む座屈に対する強度を向上させたことを特徴としている。また、本発明による変圧器は、前記鉄心が磁性帯を多層に巻回した巻鉄心又は多層に積み重ねた積鉄心から成り、前記コイルが前記鉄心に挿入されており、内側に凹む座屈に対する強度を向上させた前記コイル巻枠が前記コイルの最内周に配置されていること、を特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるコイル巻枠、及びそれを用いた変圧器によれば、簡素な方法により、内側巻線の最内周に設けられるコイル巻枠の座屈強度を向上させることによって内側巻線の座屈強度を向上させることができ、大容量変圧器においても、内側巻線の座屈により鉄心を圧迫せず、鉄損や励磁電流を悪化させない構造とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良な形態について、図面を用いて説明する。図１〜図８は、本発明によるコイル巻枠及びそれを用いた変圧器を示す説明図である。
【００１３】
図１及び図２を参照して本発明による変圧器の第１実施例について説明する。図１は本発明による変圧器の第１実施例を示す横断面図である。図２は、図１に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。以下、第２実施例〜第４実施例においても、図面で用いる構成要素の符号は全図について共通のものを用いる。
【００１４】
図１に示す変圧器の第１実施例において、変圧器は、鉄心３と、鉄心３に巻かれるコイル２とを具備している。コイル２は、内側巻線２１とその外側に主絶縁を介して同心状に巻回した外側巻線２２とから構成されている。鉄心３は、例えばアモルファス磁性薄帯を多層巻回して形成することができるが、これに限らない。内側巻線２１の更に内側にはコイル巻枠１ａが設けられている。コイル巻枠１ａには、磁力線ループを形成しないように、巻枠部材絶縁部４が設けられている。鉄心３の鉄心特性は、特にアモルファス巻鉄心を用いる場合には応力に敏感であるので、コイル巻枠１ａから鉄心３に力が作用しないように、鉄心３とコイル巻枠１ａとの間には鉄心３の四つの側面においてスペーサ５が挿入されている。
【００１５】
変圧器の構造において、コイル巻枠が断面長方形の形状であるとすると、例えば変圧器の負荷側で短絡が起きてコイル２に短絡電流が発生した場合、内側巻線２１には内側方向に電磁機械力が働いて、コイル巻枠が内側、即ち鉄心３側に凹むように座屈を生じる。コイル巻枠１ａの座屈は、断面短辺側よりも、断面長辺側に位置する側面において、その中央部が凹む態様で生じる。コイル巻枠１ａに座屈が生じると、コイル２が変形を受けることになり、また、この座屈により鉄心３が圧迫され、鉄損や励磁電流を悪化させることになる。
【００１６】
本発明では、こうしたコイル巻枠の座屈を防止するため、断面弓状の形状に形成されたコイル巻枠１ａが用いられている。図２は、図１に示した変圧器に用いられるコイル巻枠１ａの外観図である。図１及び図２に示すように、コイル巻枠１ａは、特に座屈が生じやすい断面長辺側のコイル巻枠部１１ａ，１１ａが外側に膨らんだ断面弓状に形成されている。このような断面弓状の形状により、コイル巻枠部１１ａ，１１ａには、その中央部を鉄心３側に凹ませようとする抵抗が与えられている。即ち、コイル巻枠部１１ａ，１１ａに内側に凹む座屈を生じさせるには、この外側に弓形となっている膨らみに逆らって変形させる程の大きな力が必要となっており、このことは座屈強度が高められていることを示す。断面短辺側のコイル巻枠部１１ｂ，１１ｂについては、座屈自体が比較的生じ難くなっているので、平坦面に形成されている。弓状のコイル巻枠１ａの座屈強度は、従来の矩形のコイル巻枠に比べ、約３０％向上させることができる。
【００１７】
図３及び図４を参照して本発明による変圧器の第２実施例について説明する。図３は本発明による変圧器の第２実施例を示す横断面図である。図４は、図３に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。第２実施例においては、コイル巻枠１ｂに圧出し加工１２ｃが施されており、その他の構造は第１実施例と同様である。圧出し加工１２ｃは、図４に示されているように、座屈が生じやすくそのため座屈強度が必要となる断面長辺側のコイル巻枠部１２ａ，１２ａにおいて複数箇所に施されている。コイル巻枠部１２ａ，１２ａは、その中央部で内側に凹む状態に座屈を生じようとするときに、曲げ変形を受けようとするが、圧出し加工１２ｃは、この曲げに抵抗する作用を奏し、コイル巻枠１ｂの座屈強度を向上させている。
【００１８】
この圧出し加工を施したコイル巻枠１ｂの座屈強度は、従来の矩形のコイル巻枠に比べて約６０％向上する。また、圧出し加工の形状により座屈強度は変化するため、内側巻線２１から発生する電磁機械力に合わせて圧出し加工の加工形状を決めることができる。
【００１９】
図５及び図６を参照して本発明による変圧器の第３実施例について説明する。図５は本発明による変圧器の第３実施例を示す横断面図である。図６は図５に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。第３実施例においては、コイル巻枠１ｃを円筒とし、中空部分に支柱６，６を設けたものであり、その他構造は第１実施例と同様である。コイル巻枠１ｃは、輪郭が円筒であるが、等間隔な４箇所で絶縁部４によって不連続となっている。コイル巻枠１ｃ及び支柱６，６は金属板製であり、コイル巻枠１ｃは、絶縁部４と中心回りで４５度離れた角度位置で支柱６，６の側端に対して溶接によって接続し、支柱６，６についても例えば溶接によって十字形に組むことによって製造される。なお、鉄心３は、コイル巻枠１ｃ内のスペースを埋めるため、大型（大面積）部分と小型（小面積）部分とを組み合わせて構成されている。スペーサ５についても、大型及び小型部分がコイル巻枠１ｃの内面に対向する比較的広い部分に配置されている。
【００２０】
円筒のコイル巻枠１ｃは、四つの円筒片状のコイル巻枠１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄから成っており、各コイル巻枠１３ａ〜１３ｄは、外側に膨らんだ弓形形状であるので、圧縮方向の力に起因して内側に向かって座屈に対する強度が強く、加えて十字形に組まれている支柱６，６によって内側から補強されているため、座屈強度が更に向上する。また、支柱６，６を設けることは、座屈強度を向上させるのみならず、組立時においてコイル２に鉄心３を挿入する作業性を改善することにも寄与している。
【００２１】
図７及び図８を参照して本発明による変圧器の第４実施例について説明する。図７は本発明による変圧器の第４実施例を示す横断面図である。図８は、図７に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。第４実施例においては、第１実施例と同様に、コイル巻枠１ｄは外側に膨らんだ弓状の形状であり、更に第２実施例と同様に、長辺側のコイル巻枠部１４ａ，１４ａに外側に向かった複数の圧出し加工１４ｃが施されている。
【００２２】
本発明による変圧器は、図１〜図６のようなそれぞれのコイル巻枠構造だけに限定せず、例えば、図７及び図８のように、圧出し加工を施した弓状のコイル巻枠といった組合せ構造にも適用される。また、第３実施例として示した円筒形状のコイル巻枠に第２実施例で示した圧出し加工を施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による変圧器の第１実施例を示す巻線断面図である。
【図２】図１に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。
【図３】本発明による変圧器の第２実施例を示す巻線断面図である。
【図４】図３に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。
【図５】本発明による変圧器の第３実施例を示す巻線断面図である。
【図６】図５に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。
【図７】本発明による変圧器の第４実施例を示す巻線断面図である。
【図８】図７に示す変圧器に用いられるコイル巻枠の外観図である。
【図９】従来の変圧器に用いられるコイル巻枠の座屈の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ａ…弓状のコイル巻枠
１ｂ…圧出し加工を施したコイル巻枠
１ｃ…円筒に支柱を設けたコイル巻枠
１ｄ…圧出し加工を施した弓状のコイル巻枠
２…コイル
２１…内側巻線
２２…外側巻線
３…鉄心
４…巻枠部材絶縁部
５…スペーサ
６…支柱
１１ａ，１１ｂ…コイル巻枠部
１２ａ，１２ｂ…コイル巻枠部
１２ｃ…圧出し加工
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…コイル巻枠部
１４ａ，１４ｂ…コイル巻枠部
１４ｃ…圧出し加工
２１…内側巻線
２２…外側巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010118384.tif 000009
【図８】
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【図９】
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