(57)【要約】【課題】コイルをモールドする絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材にクラックが発生し難いモールド変圧器を提供する。【解決手段】絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材３でコイル４をモールドした、端面の形状が略角丸矩形または略長円形のモールドコイル１と、前記モールドコイル１の一方の端面１ａおよび他方の端面１ｂの少なくとも一方に、前記モールドコイル１をフレーム体１２に固定する保持材２と、を備え、前記保持材２を前記端面１ａ、１ｂにおける直線部１ｃに設けたことを特徴とするモールド変圧器１０である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材でコイルをモールドした、端面の形状が略角丸矩形または略長円形のモールドコイルと、
前記モールドコイルの一方の端面および他方の端面の少なくとも一方に、前記モールドコイルをフレーム体に固定する保持材と、を備え、
前記保持材を前記端面における直線部に設けた
ことを特徴とするモールド変圧器。
【請求項２】
前記保持材と前記モールドコイルの間に、樹脂製の接続部材を設けることを特徴とする請求項１に記載のモールド変圧器。
【請求項３】
前記接続部材が、バネまたはボルトであることを特徴とする請求項２に記載のモールド変圧器。
【請求項４】
前記接続部材が、流動性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のモールド変圧器。
【請求項５】
前記流動性を有する材料が、シリコーンまたはエラストマーであることを特徴とする請求項４に記載のモールド変圧器。
【請求項６】
前記接続部材は、最大寸法が１００ｎｍ以下のフィラーを含んでいることを特徴とする請求項２に記載のモールド変圧器。
【請求項７】
同一端面上に前記保持材が複数設けられ、
前記保持材同士を連結材で連結したことを特徴とする請求項１に記載のモールド変圧器。
【請求項８】
前記保持材が、設置面に固定された固定材と、連結具を介して連結されていることを特徴とする請求項１に記載のモールド変圧器。
【請求項９】
単相変圧器または三相変圧器であることを特徴とする請求項１に記載のモールド変圧器。
【請求項１０】
変電所、発電機、または鉄道で用いられることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のモールド変圧器。
【請求項１１】
絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁基材でコイルをモールドし、端面の形状が略角丸矩形または略長円形であり、一方の端面および他方の端面の少なくとも一方の直線部に、フレーム体に固定する保持材を設けた
ことを特徴とするモールドコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モールド変圧器およびモールドコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁樹脂または絶縁樹脂を含む絶縁材（以下、これらを総称して「絶縁材」という。）でコイルをモールドしたモールドコイルを備えたモールド変圧器に関する背景技術として、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
この公報には、図１１を参照して説明するように、モールドコイル１１０のコイル軸ｃａ−ｃａ方向の端面に設けられた凹部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃにはそれぞれ、上部金具（図示せず）に固定され、モールドコイル１１０のコイル軸ｃａ−ｃａ方向の端面を部分的に押さえるコイル押さえ部材（保持材とも称されている。）１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃがはめ込まれている。これらコイル押さえ部材１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、それぞれの−Ｚ軸方向の端部が前記凹部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ内にはめ込まれた状態でモールドコイル１１０を押さえることにより、当該モールドコイル１１０の剛性を増大させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４７１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コイルを絶縁材でモールドしたモールドコイルは、温度が急激に変化すると、絶縁材と金属の熱膨張係数の差があるため応力が発生し、絶縁材にクラックが発生する可能性がある。また、モールドコイルの絶縁材の使用量を減らし、小型化する場合も、樹脂量を少なくすることによって応力が強くなり、絶縁材にクラックが発生する可能性がある。
特に、端面の形状が略角丸矩形または略長円形のモールドコイルの場合、コーナ部に応力が集中し、絶縁材にクラックが発生する可能性がある。
【０００６】
ここで、前記した特許文献１に記載のモールド変圧器においては、モールドコイル１１０の端面のコーナ部またはコーナ部の近くにコイル押さえ部材１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ（特に、コイル押さえ部材１１２ｂ、１１２ｃ）を設けてフレーム体（図１１において図示せず）に固定している。特許文献１に記載のモールド変圧器は、このような構成とすることで応力による歪みや変形の発生を抑えるととともに、装置の構造力学的な安定性の向上を図っている。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されているモールドコイル１１０では、コイル押さえ部材１１２ｂ、１１２ｃと絶縁材の接触する部分の境界面が、応力が集中するモールドコイル１１０のコーナ部の近くにある。応力は当該境界面で大きくなるため、温度が変化し、絶縁材が熱膨張や収縮すると、絶縁材にクラックが発生する可能性がある。また、特許文献１に記載のモールド変圧器を小型化する際、モールドコイル１１０の樹脂量を少なくすることになるが、これによって応力が強くなり、絶縁材にクラックが発生する可能性がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、コイルをモールドする絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材にクラックが発生し難いモールド変圧器およびモールドコイルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決した本発明は、絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材でコイルをモールドした、端面の形状が略角丸矩形または略長円形のモールドコイルと、前記モールドコイルの一方の端面および他方の端面の少なくとも一方に、前記モールドコイルをフレーム体に固定する保持材と、を備え、前記保持材を前記端面における直線部に設けたことを特徴とするモールド変圧器である。
【００１０】
また、本発明は、絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁基材でコイルをモールドし、端面の形状が略角丸矩形または略長円形であり、一方の端面および他方の端面の少なくとも一方の直線部に、フレーム体に固定する保持材を設けたことを特徴とするモールドコイルである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コイルをモールドする絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材にクラックが発生し難いモールド変圧器およびモールドコイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るモールドコイルを示す斜視図である。
【図２】図１に示したモールドコイルを用いた単相変圧器に係るモールド変圧器を示す斜視図である。
【図３】モールドコイルの構造を説明する要部断面図である。
【図４】端面が略長円形であるモールドコイルの平面図である。
【図５Ａ】保持材とモールドコイルの固定に関する好ましい実施形態を示す説明図である。
【図５Ｂ】接続部材の一例を示す一部透視図である。
【図５Ｃ】接続部材の他の一例を示す斜視図である。
【図６】保持材の固定についての好ましい一例を示した斜視図である。
【図７】保持材の固定についての好ましい他の一例を示した斜視図である。
【図８】他の実施形態に係るモールド変圧器を示す図であって、三相変圧器に係るモールド変圧器を示す斜視図である。
【図９】他の実施形態である三相変圧器に係るモールド変圧器の保持材の固定についての好ましい一例を示した斜視図である。
【図１０】他の実施形態である三相変圧器に係るモールド変圧器の保持材の固定についての好ましい他の一例を示した斜視図である。
【図１１】従来公知のモールド変圧器におけるモールドコイルの押さえ構造を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、一実施形態に係るモールドコイルを示す斜視図であり、図２は、図１に示したモールドコイルを用いた単相変圧器に係るモールド変圧器を示す斜視図である。なお、単相変圧器とは、単独で単相の電力受電を行う変圧器をいう。
図１に示すモールドコイル１は、一方の端面１ａおよび他方の端面１ｂの少なくとも一方の直線部１ｃ（この例では４つ）に、図２に図示するフレーム体１２に固定する保持材２を設けている。保持材２を固定する位置については後に詳述する。
図２に示すモールド変圧器１０は、鉄心（コアと称されることもある。）１１と、図１に示すモールドコイル１と、フレーム体１２と、保持材２と、を備えている。
【００１５】
鉄心１１は、磁束を流す役割を果たす。鉄心１１は、一般的に用いられるものであればよく、例えば、巻鉄心や積鉄心を用いることができる。なお、図２での鉄心１１は、Ｏ字状の巻鉄心を図示している。
【００１６】
図３は、モールドコイル１の構造を説明する要部断面図である。
図３に示すように、モールドコイル１は、絶縁樹脂または絶縁樹脂を含んだ絶縁材３でコイル４をモールドしたものである。コイル４には、一般的に、電流を入力する一次コイル４１と、電流を出力する二次コイル４２がある。一次コイル４１および二次コイル４２は、導線を鉄心１１の脚部（鉄心脚１３と称する。）を中心に巻きつけるようにして形成されている。これにより、一次コイル４１に交流電流を流して変動磁場を発生させて、それを鉄心１１に伝え、鉄心１１から伝えられた変動磁場が二次コイル４２に伝わって再び電流に変換し、モールド変圧器１０外に出力する。つまり、一次コイル４１に電流を流すと、電磁誘導作用の原理により二次コイル４２に誘導起電力を生じさせる。
【００１７】
図３に示すように、一次コイル４１と二次コイル４２は、多くの場合、鉄心脚１３を中心に、絶縁材３を介して順次積層したような構成となっている。つまり、中心となる鉄心脚１３の外側に絶縁材３が設けられ、この絶縁材３の外側に一次コイル４１が巻かれている。そして、この一次コイル４１の外側に絶縁材３が設けられ、この絶縁材３の外側に二次コイル４２が巻かれ、この二次コイル４２の外側に絶縁材３が設けられている。なお、一次コイル４１および二次コイル４２は、電磁誘導作用の原理により誘導起電力を生じさせることができればよく、それぞれを１つの鉄心１１の異なる鉄心脚１３に配設することもできる。なお、鉄心１１のうち、上下方向（Ｚ軸方向）に伸びる部分が鉄心脚である。
【００１８】
コイル４をモールドする絶縁樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いることができる。なお、これらの絶縁樹脂の中でも、難燃性であることおよびコストの観点からエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。
【００１９】
また、コイル４をモールドする絶縁材３は、前記した絶縁樹脂のうちのいずれかを含浸させたプリプレグシート（絶縁性シート）を用いることができる。なお、モールドコイルのモールドには、絶縁材として、ガラス繊維を編み込んで短冊状に形成された複数のガラスマット（絶縁性マット）を併用することもできる。
【００２０】
モールドコイル１は、その端面１ａ、１ｂの形状が略角丸矩形または略長円形とされる。なお、図１には端面１ａ、１ｂの形状が略角丸矩形であるモールドコイルを図示している。端面１ａ、１ｂが略長円形であるモールドコイル１’の平面図を図４に示した。
ここで、略角丸矩形とは、矩形のうち、直交する辺同士がいずれも曲線で結ばれた形、つまり、矩形の４つの角がいずれも丸くなった形をいう。
また、略長円形とは、二つの等しい長さの平行線と二つの半円形からなる形をいう。
端面１ａ、１ｂの形状をこれらのようにする理由は、後記するように、保持材２をモールドコイル１の端面１ａ、１ｂの直線部１ｃに設けるためである。
【００２１】
図１および図４に示す形態でモールドコイル１の端面１ａの直線部１ｃに保持材２を固定した場合と、図１１に示す従来公知のモールドコイル１１０の押さえ構造、すなわちモールドコイル１１０のコーナ部にコイル押さえ部材１１２ｂ、１１２ｃを固定した場合とを、シミュレーションにより比較すると、図１および図４に示す形態でモールドコイル１の端面１ａの直線部１ｃに保持材２を固定した場合の方が、従来公知のモールドコイル１１０のコーナ部にコイル押さえ部材１１２ｂ、１１２ｃを固定した場合よりも３０％以上応力を低減できることが確認された。本シミュレーションは有限要素法に基づく、一般的な熱応力計算で実施した。なお、前記した確認では、温度を変化させたときの内部応力の大きさを比較した。
【００２２】
フレーム体１２は、図２に示すように、保持体２を介してモールドコイル１を固定する。フレーム体１２は、モールドコイル１の一方の端面１ａから外部に露出した鉄心１１を覆うようにして設けられる一端側フレーム体１２ａと、モールドコイルの他方の端面１ｂから外部に露出した鉄心１１を覆うようにして設けられる他端側フレーム体１２ｂと、のうちの少なくとも一方、好ましくは両方を有してなる。なお、図２にはフレーム体１２として、一端側フレーム体１２ａおよび他端側フレーム体１２ｂを図示している。
【００２３】
保持材２は、モールドコイル１とフレーム体１２の間に設けられるものであるので、フレーム体１２が一端側フレーム体１２ａおよび他端側フレーム体１２ｂを有している場合は、保持材２もモールドコイル１の一方の端面１ａおよび他方の端面１ｂ（図１参照）に設ける。他方、フレーム体１２が一端側フレーム体１２ａのみである場合は、保持材２をモールドコイル１の一方の端面１ａのみに設ければよく、フレーム体１２が他端側フレーム体１２ｂのみである場合は、保持材２をモールドコイル１の他方の端面１ｂのみに設ければよい。保持材２は、例えば、シリコーン材などで形成することができる。
【００２４】
既に概略的に説明しているように、本発明においては、保持材２をモールドコイル１の端面１ａ、１ｂの直線部１ｃに設ける。このようにすると、応力が集中するコーナ部またはコーナ部の近くに保持材２を設けないので、応力が集中するのを抑えることができる。そのため、コイル４をモールドする絶縁材３にクラックを発生させ難くすることができる。かかる効果は、保持材２をコーナ部から離間させるほど、より確実に奏することができる。
【００２５】
図５Ａは、保持材２とモールドコイル１の固定に関する好ましい実施形態を示す説明図である。図５Ｂは、接続部材の一例を示す一部透視図であり、図５Ｃは、接続部材の他の一例を示す斜視図である。
図５Ａに示すように、保持材２とモールドコイル１の間に、樹脂製の接続部材５を設けるのが好ましい。また、図５Ｂに示すように、かかる接続部材５はボルト５１および／またはバネ５２であるのがより好ましい。樹脂製のボルト５１および／またはバネ５２であれば弾性変形が可能であるので、保持材２で固定する際の応力集中を抑制することができ、急激に温度が変化した場合でも、コイル４をモールドする絶縁材３にクラックを発生させ難くすることができる。
【００２６】
また、前記接続部材５の代わりに、図５Ｃ（図５Ａ）に示すように、流動性を有する材料で形成した接続部材（かかる接続部材を説明の便宜上、「接続薄膜材５ａ」という。）を用いることもできる。このような接続薄膜材５ａでも前記樹脂製の接続部材５と同様、保持材２で固定する際の応力集中をより抑制することができる。そのため、急激に温度が変化した場合でも、コイル４をモールドする絶縁材３にクラックを発生させ難くすることができる。このような流動性を有する材料としては、シリコーンまたはエラストマーを挙げることができる。
【００２７】
さらに、接続部材５および接続薄膜材５ａは、その材質中に最大寸法が１００ｎｍ以下のフィラー（図示せず）を含んでいるのが好ましい。このようにすると、樹脂の強度や絶縁破壊耐性を向上させることができ、また、電界集中と応力集中を低減することができる。フィラーは、例えば、シリカやアルミナなどを用いることができる。このようにすると、樹脂の熱膨張率を金属と同程度まで低減することができ、熱応力が低減されることからコイル４をモールドする絶縁材３にクラックを発生させ難くすることができる。なお、フィラーの添加量は、コイル４をモールドする絶縁材３にクラックを発生させ難くすることができればよく、特に限定されるものではないが、例えば、樹脂中２０〜３０質量％程度添加されているのが好ましい。
【００２８】
図６は、保持材２の固定についての好ましい一例を示した斜視図である。
図６に示すように、モールドコイル１の同一端面１ａ、１ａ上に前記した保持材２が複数設けられている場合は、同一端面１ａ、１ａ上に複数設けられた保持材２同士を連結材６で連結するのが好ましい。このようにすると、モールド変圧器１０の構造安定性を向上させることができる。
連結材６は、図６に示すように、直線状または曲線状とすることができるがこれらに限定されるものではなく、その他の形状とすることもできる。連結材６は、弾性部材であるのが好ましい。連結材６を弾性部材とすれば、保持材２に外部から入力があった場合や、急激な温度変化により応力が発生した場合でもこれらを和らげることができる。弾性部材としては、例えば、ゴム材などを用いることができる。
【００２９】
図７は、保持材２の固定についての好ましい他の一例を示した斜視図である。
図７に示すように、モールド変圧器１０が設置される面（設置面）に鉄柱やコンクリートなどの固定材１４が固定されている場合は、モールドコイル１の端面１ａ、１ａに固定された保持材２と、設置面に固定された固定材１４とを、連結具７で連結するのが好ましい。なお、図７においては、保持材２同士を連結しているものが連結材６であり、保持材２と固定材１４を固定しているものが連結具７である。連結材６および連結具７で保持材２を連結したり固定したりすると、モールド変圧器１０の構造安定性をさらに向上させることができる。連結具７は、例えば、鉄製の棒材などを用いることができる。
【００３０】
以上、図１〜７を参照して単相変圧器に係るモールド変圧器について説明したが、本発明の内容は三相変圧器に係るモールド変圧器に適用することができる。なお、三相変圧器とは、単独で三相の電力受電を行う変圧器をいう。
図８は、他の実施形態に係るモールド変圧器を示す図であって、三相変圧器に係るモールド変圧器２０を示す斜視図である。この三相変圧器に係るモールド変圧器２０は、略８字状の鉄心１１の鉄心脚Ｕ、Ｖ、Ｗのそれぞれに図１に示したモールドコイル１を設けたものである。つまり、各モールドコイル１の端面１ａ、１ａ、１ａ（図９参照）の直線部１ｃ（図１参照）に保持材２を設けている。
【００３１】
三相変圧器に係る場合も、単相変圧器に係る場合と同様、樹脂製の接続部材５を設けたり、当該接続部材５をバネまたはボルトとしたり、また、流動性を有する材料で接続薄膜材５ａを形成したり、さらに流動性を有する材料をシリコーンまたはエラストマーとしたりすることができる。また、接続部材５および接続薄膜材５ａには、最大寸法が１００ｎｍ以下のフィラーを含ませることもできる。これらの構成とすること、およびこれらの構成を採用することによって得られる効果については既に説明しているので、ここでの説明は省略する。
【００３２】
図９は、他の実施形態である三相変圧器に係るモールド変圧器２０の保持材２の固定についての好ましい一例を示した斜視図である。なお、図示の都合上、フレーム体１２および鉄心１１は省略している。
三相変圧器に係るモールド変圧器２０（図８）の場合であって、モールドコイル１の同一端面１ａ、１ａ、１ａ上に前記した保持材２が複数設けられている場合は、図９に示すように、個々のモールドコイル１の同一端面１ａ、１ａ、１ａ上に設けられた保持材２同士を連結材６で連結すると伴に、他のモールドコイル１の同一端面１ａ上に設けられた保持材２同士を連結材６で連結することもできる（かかる形態は図９には図示せず。）。連結材６は既に説明しているように、直線状または曲線状とすることができ、弾性部材とするのが好ましい。このようにすると、複数のモールドコイル１を備える三相変圧器の構造安定性を向上させつつ、外部からの入力があった場合や急激な温度変化により応力が発生した場合でもこれらを和らげることができる。弾性部材としては、前記と同様、例えば、ゴム材などを用いることができる。
【００３３】
図１０は、他の実施形態である三相変圧器に係るモールド変圧器２０の保持材２の固定についての好ましい他の一例を示した斜視図である。なお、図示の都合上、フレーム体１２および鉄心１１は省略している。
図１０に示すように、三相変圧器に係るモールド変圧器２０の設置面に鉄柱やコンクリートなどの固定材１４が固定されている場合は、前記と同様、モールドコイル１の端面１ａ、１ａ、１ａに固定された保持材２と、設置面に固定された固定材１４とを、連結具７で連結するのが好ましい。このようにすると、モールド変圧器２０の構造安定性をさらに向上させることができる。連結具７は、前記と同様のものを適用することができる。
【００３４】
以上に説明したモールド変圧器１０、２０およびモールドコイルは、変電所、発電機、または鉄道で好適に用いることができる。
以上、発明を実施する形態により、本発明の内容について詳細に説明したが、本発明は前記した内容に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成に一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１      モールドコイル
１ａ、１ｂ  端面
１ｃ    直線部
２      保持材
３      絶縁材
４      コイル
５      接続部材
５ａ    接続薄膜材
６      連結材
１０    モールド変圧器
１２    フレーム体
【図１】
2014022397.tif 000003
【図２】
2014022397.tif 000004
【図３】
2014022397.tif 000005
【図４】
2014022397.tif 000006
【図５Ａ】
2014022397.tif 000007
【図５Ｂ】
2014022397.tif 000008
【図５Ｃ】
2014022397.tif 000009
【図６】
2014022397.tif 000010
【図７】
2014022397.tif 000011
【図８】
2014022397.tif 000012
【図９】
2014022397.tif 000013
【図１０】
2014022397.tif 000014
【図１１】
2014022397.tif 000015