(57)【要約】  モールドコイルは、巻線導体層を有し、周囲が樹脂モールドにより覆われた複数の筒状のセクションコイルを同心円状に重ねて設け、前記セクションコイル間に支持物を介在して構成されるダクトを備える。前記支持物の端部の位置が、前記樹脂モールド端面と前記巻線導体層端部よりも後退した位置に存在している。
2017033554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線導体層を有し、周囲が樹脂モールドにより覆われた複数の筒状のセクションコイルを同心円状に重ねて設け、前記セクションコイル間に支持物を介在して構成されるダクトを備えるモールドコイルにおいて、
前記支持物の端部の位置が、前記樹脂モールド端面と前記巻線導体層端部よりも後退した位置に存在しているモールドコイル。
【請求項２】
巻線導体層を有し、周囲が樹脂モールドにより覆われた複数の筒状のセクションコイルを同心円状に重ねて設け、前記セクションコイル間に支持物を介在して構成されるダクトを備えるモールドコイルにおいて、
さらに、前記巻線導体層に接続するようにして配置される端部絶縁部を有し、
前記支持物の端部の位置が、前記樹脂モールド端面よりも、前記端部絶縁部長さ以上後退した位置に存在しているモールドコイル。
【請求項３】
前記巻線導体層の上端部に配置された端部絶縁部と、前記巻線導体層と前記端部絶縁部をひとまとめに巻回するテープ型不織布と、前記巻線導体層と端部絶縁部とこれらを巻回するテープ型不織布を挟持するクリップとを備え、
この状態で樹脂に含浸することにより、前記巻線導体層、前記端部絶縁部、テープ型不織布、及びこれらを挟持する前記クリップ一体的に形成したものである請求項１または２に記載のモールドコイル。
【請求項４】
前記巻線導体層の上端部に配置された端部絶縁部と、前記巻線導体層と前記端部絶縁部を巻回するシート型不織布とを備え、
この状態で樹脂に含浸することにより、前記巻線導体層、前記端部絶縁部及び前記シート型不織布一体的に形成したものである請求項１または２に記載のモールドコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、静止型モールド機器に用いられるモールドコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用や産業用の静止型モールド機器、例えばモールド変圧器やモールドリアクトル等に用いられるモールドコイルでは、冷却用の空気がモールドコイル内部を通るように、セクションコイルに分割されたモールドコイルの各セクション間にダクトを設け、これによりモールドコイルの冷却やセクションコイル間の絶縁を行っている。このダクトは、例えば各セクションコイル間に波板状の支持物を挟むように配置することで構成されている。支持物の端面は、通常はセクションコイルの端面に揃うように配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のモールドコイルを、例えば、受電電圧（一次電圧）が高いモールド変圧器に用いた場合、コイル端面における沿面絶縁性能が低下したり、コイルセクション間空気層の分担電圧が増加することにより空気層の絶縁性能が低下したり、あるいはセクションコイル間の冷却性能が低下したりするなどの課題が顕在化してきた。【０００５】
そこで、本発明の実施形態は、沿面絶縁性能、空気層の絶縁性能、及び冷却性能に優れたモールドコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るモールドコイルは、巻線導体層を有し、周囲が樹脂モールドにより覆われた複数の筒状のセクションコイルを同心円状に重ねて設け、前記セクションコイル間に支持物を介在して構成されるダクトを備える。前記支持物の端部の位置が、前記樹脂モールド端面と前記巻線導体層端部よりも後退した位置に存在している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るモールドコイルの概略構成例を示す一部斜視断面図
【図２】第２実施形態に係るモールドコイルの概略構成例を示す一部斜視断面図
【図３】第３実施形態に係るモールドコイルの概略構成例を示す一部斜視断面図
【図４】第４実施形態に係るモールド変圧器の概略構成を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について図面に基づいて説明する。実施形態の説明において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るモールドコイル１０の概略構成例を示す一部斜視断面図である。モールドコイル１０は、筒状のセクションコイル１０ａが複数層、同心円状に重ねられるようにして形成されている。なお、以下の説明において、モールドコイル１０の径方向に直交する方向を軸方向とし、軸方向を上下方向と表現する。
【０００９】
巻線導体１２は、モールドコイル１０の巻線導体入口１２ａから、巻線導体層１２ｄ及び渡り線１２ｃを構成して、巻線導体出口１２ｂに接続する構成を備えている。これら巻線導体層１２ｄは渡り線１２ｃによりＵ接続されている。巻線導体層１２ｄは絶縁物により覆われ、樹脂モールド１８を構成している。
【００１０】
巻線導体層１２ｄを内部に含む樹脂モールド１８は以下のようにして形成される。巻線導体層１２ｄを不織布等で覆い、巻線導体層１２ｄ間に所定のスペースを設けるように支持物１６を配置し、この状態で例えばエポキシ樹脂を含浸させた後に硬化させる。このようにして、内部に巻線導体層１２ｄを備えた樹脂モールド１８が形成される。すなわち、セクションコイル１０ａは、筒状に巻回された巻線導体１２（巻線導体層１２ｄ）が絶縁物（例えばエポキシ樹脂）によりその周囲を覆われるように構成されている。
【００１１】
支持物１６は例えば波板状の樹脂構造物である。支持物１６が隣接するセクションコイル１０ａ間に介在することによりモールドコイル１０の軸方向に延伸した通路を備えるダクト１４がセクションコイル１０ａ間に形成される。支持物１６は例えばエポキシ樹脂により形成されており、そのため支持物１６の誘電率は高いものとなっている。
【００１２】
ダクト１４により空気が流れる通路が形成され、通路中を空気が流れることによりモールドコイル１０の冷却が可能となる。セクションコイル１０ａ間の距離は支持物１６により規定される。セクションコイル１０ａ間の距離は、セクションコイル１０ａ間の沿面絶縁性能、冷却性能、及び空気層の絶縁性能を考慮して製造される。なお、支持物１６の端部は支持物端面１６ａという。
【００１３】
セクションコイル１０ａの巻線導体層１２ｄ間には渡り線１２ｃを備えており、これらはＵ接続、すなわち断面においてＵ形を上下互い違いに結合させた形状を呈し、その周囲が樹脂モールド１８に覆われるように構成されている。ここで、巻線導体層１２ｄにおける渡り線１２ｃが接続する側から見て反対側の端部は、巻線導体層端部１２ｅという。これら巻線導体層１２ｄ、渡り線１２ｃ、及び樹脂モールド１８が一体化してモールドコイル１０が構成されている。
【００１４】
上記Ｕ接続されたモールドコイル１０の、渡り線１２ｃが接続する側とは反対側において、支持物１６の支持物端面１６ａの位置は、樹脂モールド端面１８ａよりモールドコイル１０構造物の内部方向（セクションコイル１０ａを軸方向に短縮させる方向）に後退長さＬ１だけ後退した位置に存在している。支持物端面１６ａの位置は、巻線導体層端部１２ｅより内部方向に後退した位置に存在している。
【００１５】
端部絶縁部２０は、樹脂モールド１８のうち樹脂モールド端面１８ａから巻線導体層端部１２ｅまでを示し、樹脂モールド端面１８ａから、モールドコイル１０構造物の内部方向に向かって端部絶縁部長さＬ２の距離には、巻線導体層端部１２ｅが存在している。上述のように、支持物端面１６ａの位置は、巻線導体層端部１２ｅより内部方向に後退した位置に存在しているため、後退長さＬ１と端部絶縁部長さＬ２は、「Ｌ１＞Ｌ２」の関係を持つ。
【００１６】
モールドコイル１０の上下部には、巻線導体層１２ｄに接続するようにして端部絶縁部２０が設けられている。端部絶縁部２０端面において、モールドコイル１０（セクションコイル１０ａ）は樹脂モールド端面１８ａを有している。
【００１７】
樹脂モールド１８は樹脂モールド端面１８ａの角部に樹脂モールド角部１８ｂを有している。樹脂モールド角部１８ｂは、モールドコイル１０に係る電界が集中する場所であり、樹脂モールド角部１８ｂの近傍に、例えば支持物端面１６ａなどの電気的パスが存在すると、これを介して放電が生じやすくなる。
【００１８】
また、巻線導体１２の巻線導体層端部１２ｅに、巻線導体角部１２ｆを有している。巻線導体角部１２ｆは電界が集中しやすい場所であり、巻線導体角部１２ｆに最も近接する樹脂モールド１８の表面である強電界部１８ｃの近傍に、例えば支持物端面１６ａなどの電気的パスが存在すると、これを介して放電が生じやすくなる。
【００１９】
第１実施形態に係るモールドコイル１０の効果をまとめると以下のようになる。
第１実施形態に係るモールドコイル１０によれば、支持物１６の支持物端面１６ａの位置が、樹脂モールド端面１８ａから後退した位置に存在している。すなわち、支持物端面１６ａと樹脂モールド端面１８ａが同一平面を形成していない。このため、電界集中が生じる樹脂モールド角部１８ｂと支持物端面１６ａが近接していないため、セクションコイル１０ａ間の橋絡が抑制され、セクションコイル１０ａ端面の沿面絶縁性能の低下を抑制することができる。また、これにより、雷インパルス試験において、セクションコイル１０ａ間の沿面絶縁破壊を起点に雷インパルス波形の規格を超える変歪を生じさせることを抑制することが可能となる。
【００２０】
また、支持物１６の支持物端面１６ａの位置を、セクションコイル１０ａの端面（すなわち樹脂モールド端面１８ａ）及び巻線導体層端部１２ｅよりも内部に後退させた位置に存在するように構成されている。すなわち、支持物端面１６ａは、樹脂モールド端面１８ａから後退長さＬ１以上の距離だけ内部に後退した位置に存在している。これにより、支持物端面１６ａは、樹脂モールド角部１８ｂに近接しないだけでなく、電界が集中する巻線導体角部１２ｆに最も近傍の樹脂モールド１８表面の強電界部１８ｃにも近接しない。この構成を採ることにより、セクションコイル１０ａ間の橋絡が抑制され、樹脂モールド端面１８ａ（樹脂モールド角部１８ｂ）での沿面絶縁性能の低下を抑制することができる。また、これにより、雷インパルス試験において、セクションコイル１０ａ間の沿面絶縁破壊を起点に雷インパルス波形の規格を超える変歪を生じさせることを抑制することが可能となる。
【００２１】
また、従来は誘電率の高い支持物１６が存在することによりダクト１４の空気層が分担する電圧を増加させていたところ、第１実施形態によれば、支持物端面１６ａの位置が、樹脂モールド端面１８ａから後退させた位置になるように構成されている。これにより、樹脂モールド角部１８ｂにおける部分放電性能を向上させることができる。
【００２２】
また、この構成により、ダクト１４において支持物１６が存在しない領域が多くなり、モールドコイル１０の冷却面積を増加させ、ダクト１４を通過する空気の圧力損失を減少させることができる。これによりモールドコイル１０の冷却性能を向上させることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態に係るモールドコイル１０の概略構成例を示す一部斜視断面図である。図２では一つのセクションコイル１０ａ及び支持物１６を抜き出して示している。図２においてはモールドコイル１０を樹脂に含浸させ一体化させる前の状態が理解できるように、テープ型不織布２２、端部不織布２４及びクリップ２６を示している。
【００２４】
モールドコイル１０は、筒状に巻回された巻線導体１２、すなわち巻線導体層１２ｄの上端部に端部不織布２４を接続するように配置し、これらをテープ型不織布２２で巻回してひとまとめに固定している。さらに巻回したテープ型不織布２２が解けて、ひとまとめに組み上げた形状が崩れることを防止するため、クリップ２６により、端部不織布２４及びテープ型不織布２２を重ねて挟持してこれらを固定している。その他、支持物１６の支持物端面１６ａの位置が、樹脂モールド端面１８ａ及び巻線導体層端部１２ｅよりも内部に後退した位置に存在している。
【００２５】
第２実施形態においては、端部不織布２４、これを巻回するテープ型不織布２２及びクリップ２６部が端部絶縁部２０を構成している。支持物端面１６ａは樹脂モールド端面１８ａ及び巻線導体層端部１２ｅよりも内部に後退した位置に存在していること、すなわち樹脂モールド端面１８ａから支持物端面１６ａまでの距離である後退長さＬ１は、端部絶縁部長さＬ２よりも大きいことは第１実施形態と同様である。
【００２６】
第２実施形態において、モールドコイル１０は、上記のように、テープ型不織布２２により巻回され、クリップ２６により挟持固定された巻線導体１２及び端部不織布２４を、これら一体として樹脂に含浸して硬化させることにより一体的に構成されている。
【００２７】
次に、第２実施形態のモールドコイル１０の製造方法について説明する。図示しないモールド型内に、支持物１６と巻線導体層１２ｄが、交互に同心円状の筒状となるように配置し、巻線導体層１２ｄをテープ型不織布２２で巻き付けた状態にする。次に、巻線導体層１２ｄがテープ型不織布２２により巻き付けられた状態のものの上下端部に、クリップ２６を嵌めて、テープ型不織布２２が崩れないように固定する。次に、樹脂に含浸させた後に硬化させる。これにより、巻線導体層１２ｄ、テープ型不織布２２及びクリップ２６が、樹脂により一体的に硬化されて構成されたモールドコイル１０が形成される。
【００２８】
このように、巻線導体層１２ｄに巻き付けたテープ型不織布２２をクリップ２６で固定した状態で、樹脂に含浸、硬化させるため、通常は支持物１６上部に配置するスペーサを設けなくてもテープ型不織布２２が解けて崩れることがない。
【００２９】
第２実施形態に係るモールドコイル１０の効果をまとめると以下のようになる。
第２実施形態に係るモールドコイル１０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、このような構成を採用することによって、支持物端面１６ａを樹脂モールド端面１８ａより後退した位置に配置させても、テープ型不織布２２が解けて組み上げた形状が崩れることを抑制することができる。これにより、支持物端面１６ａの位置が、樹脂モールド端面１８ａより後退させた位置に存在するように構成されたモールドコイル１０を実現することが可能となる。
【００３０】
（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。図３は第３実施形態に係るモールドコイルの概略構成例を示す一部斜視断面図である。図３は一つのセクションコイル１０ａ及び支持物１６を抜き出して示している。図３においては、図２と同様に、モールドコイル１０を樹脂に含浸させ一体化させる前の状態が理解できるように、シート型不織布３２及び端部不織布２４を示している。
【００３１】
第３実施形態においては、必ずしもクリップ２６によって固定しなくても解けることがない自立可能なシート型不織布３２を使用する。
モールドコイル１０は、筒状に巻回された巻線導体１２、すなわち巻線導体層１２ｄの上端部に端部不織布２４が載置されるように配置し、これらをシート型不織布３２で巻回して覆うように固定している。シート型不織布３２はそれ自体で形状を保持しうるような、いわゆる腰を有する程度の強度を有している。さらに第２実施形態において説明したクリップ２６を使用して、巻線導体層端部１２ｅ、端部絶縁部２０及びシート型不織布３２を挟持固定してもよい。
【００３２】
第２実施形態においては、端部不織布２４、及びこれを巻回するシート型不織布３２が端部絶縁部２０を構成している。支持物端面１６ａの位置は、樹脂モールド端面１８ａ及び巻線導体層端部１２ｅよりも内部に後退した位置に存在していること、すなわち樹脂モールド端面１８ａから支持物端面１６ａまでの距離である後退長さＬ１は、端部絶縁部長さＬ２よりも大きいことは第１及び第２実施形態と同様である。
【００３３】
第２実施形態において、モールドコイル１０は、上記のように、シート型不織布３２により巻回された巻線導体１２及び端部不織布２４を、これら一体として樹脂に含浸することにより一体的に構成されている。
【００３４】
第３実施形態に係るモールドコイル１０の効果をまとめると以下のようになる。
第３実施形態に係るモールドコイル１０によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、自身で自立でき、形状を保持可能なシート型不織布３２を用いて巻線導体１２を巻回したため、支持物端面１６ａを樹脂モールド端面１８ａからモールドコイル１０構造物の内部方向に後退した位置に配置させても、ひとまとめに組み上げた形状を保持することができるため、生産性に優れるという作用効果を奏する。
【００３５】
（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。図４には、モールド形静止誘導機器であるモールド変圧器１００の概略構成が示されている。このモールド変圧器１００は、モールド形静止誘導機器中身を構成するモールド変圧器中身３２と、このモールド変圧器中身３２を収納した密閉容器３３と、この密閉容器３３の外側の側面（図中左右）に設けられた熱交換器３４と、を備えている。
【００３６】
このうち、モールド変圧器中身３２は、表面が樹脂または樹脂を含んだ絶縁材にて覆われたモールドコイル１０と、鉄心３６を組み合わせて構成されている。モールドコイル１０は、鉄心３６の外周に装着されたセクションコイル１０ａと、このセクションコイル１０ａの外周に配置されたセクションコイル１０ａを備えている。ここで、モールドコイル１０は、第１、第２又は第３実施形態に係るモールドコイル１０である。モールドコイル１０は、図４には図示しない支持物端面１６ａの位置が、樹脂モールド端面１８ａから後退させた位置になるように構成されている。
【００３７】
密閉容器３３内には、モールド変圧器中身３２を収納した状態で、大気圧を上回る圧力の空気３７が封入されている。この密閉容器３３と左右の各熱交換器３４は、それぞれ上部接続路３８および下部接続路３９により接続されている。上部接続路３８は密閉容器３３の上部に接続され、下部接続路３９は密閉容器３３の下部に接続されている。
【００３８】
密閉容器３３内には、図４に示すように、下部接続路３９より上方かつ上部接続路３８より下方に位置させて、仕切板４０を設けている。この仕切板４０は、密閉容器３３の内面に固定状態に設けられている。仕切板４０には、モールドコイル１０の外周部に隣接する部位に当該モールドコイル１０の外周部に沿った円形の流通孔４０ａが形成されている。
【００３９】
上記構成において、モールド変圧器１００の運転が始まると、モールド変圧器中身３２が発熱し、これに伴い密閉容器３３内の空気３７の温度が上昇する。温度上昇した空気３７は、図４に矢印で示すように、密閉容器３３内を上昇した後、上部接続路３８を通して熱交換器３４側に流れて冷却される。
【００４０】
熱交換器３４にて冷却された空気３７は、下部接続路３９を通して密閉容器３３内に戻されるというように循環する。このように密閉容器３３内の空気３７が熱交換器３４を通して循環することで、密閉容器３３内の空気３７が冷却され、ひいてはモールド変圧器中身３２が冷却される。
【００４１】
この場合、密閉容器３３内を循環する空気３７の一部は、仕切板４０の流通孔４０ａとモールドコイル１０の外周部との間の隙間を通り、モールドコイル１０を外周部から冷却する。このとき、モールドコイル１０の外周部を流通する空気３７は、モールドコイル１０に近い場所を流通するため、冷却効果を高めることが可能となる。また、隣接するセクションコイル１０ａの間に、支持物１６によりダクト１４が形成されているため、密閉容器３３内を循環する空気３７の一部はダクト１４にも入り込み、モールドコイル１０を内部からも冷却する。これにより、モールドコイル１０の冷却効果を一層高めることが可能となる。
【００４２】
ここで、空気の絶縁耐力はその絶対圧力にほぼ比例するため、大気圧の空気に対してゲージ圧１気圧（絶対圧力２気圧）の空気はほぼ２倍の耐力を有する。また、気体は密度が高くなるほど熱運搬能力が増し、大気圧の空気に対してゲージ圧１気圧（絶対圧力２気圧）の空気は、流速を一定に保てば約２倍の冷却能力を有する。
【００４３】
上記した実施形態のモールド変圧器１００によれば、モールド変圧器中身３２を、大気圧を上回る圧力の空気３７を密閉した密閉容器３３内に収納することで、モールドコイル１０のセクションコイル１０ａ間や鉄心３６などの大地電位にある部材とモールドコイル１０との間の絶縁に関与する空気３７の絶縁耐圧を向上させることができる。
【００４４】
この場合、モールド変圧器中身３２単独での絶縁耐圧を標準使用電圧（常規電圧）以上とし、大気圧を上回る圧力の空気３７が密閉された密閉容器３３内に収納する場合の全体の絶縁耐圧を規格等で定められた試験電圧（商用周波電圧、インパルス電圧等）以上とする。このように絶縁耐圧を設定することで、密閉容器３３から空気が排出された場合でも定常時は比較的安全に運用することが可能となる。
【００４５】
また、上記ではモールド変圧器中身３２単独での絶縁耐圧を標準使用電圧以上としたが、大気圧の空気３７が密閉された密閉容器３３内に収納する場合の絶縁耐圧を標準使用電圧以上となるよう設定することでも同様の効果が得られる。
【００４６】
また、密閉容器３３内の空気３７の密度を上げかつその空気３７を冷却するための熱交換器３４を設けたため、冷却性能も向上させることができる。この構成の結果、絶縁機能や冷却機能を大気圧の空気に依存していた従来のモールド変圧器の電圧や容量の上限を超えて、高電圧化および大容量化したモールド変圧器１００を提供することが可能となる。
【００４７】
また、モールドコイル１０において、支持物１６の支持物端面１６ａをセクションコイル１０ａの端面（すなわち樹脂モールド端面１８ａ）及び巻線導体層端部１２ｅよりも内部に後退した位置に配置させている。このため、モールドコイル１０が、大気圧を上回る圧力の空気３７が密閉された密閉容器３３内に封入されているため、当該後退させた部分では、より冷却効果を向上させることができる。また、当該後退させた分だけ支持物１６の周辺の送風抵抗が低下するため、セクションコイル１０ａ間を循環する空気３７による冷却効果を向上させることができる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。
【００４９】
例えば、セクションコイル１０ａは複数層、同心円状に重ねて配置しているが、同心円状でなくとも、支持物１６によって所定の間隔を空けるように支持されて重ねていれば良い。また、モールドコイル１０の断面は円形でなくとも、矩形・楕円形でも良い。
【００５０】
なお、セクションコイル１０ａの間隔を規定するダクト１４を形成するための支持物１６は、上記実施形態では断面が波板状の支持物１６を用いて説明したがこの形状に限定する意図はない。例えば、断面が矩形波形状の支持物１６を用いてもよいし、複数の棒状スペーサたる支持物１６を用いてもよい。
【図１】
2017033554.tif 000003
【図２】
2017033554.tif 000004
【図３】
2017033554.tif 000005
【図４】
2017033554.tif 000006
【国際調査報告】
2017033554.tif 000007
2017033554.tif 000008