(57)【要約】  準固体状態のエポキシ樹脂のマトリクスの中、例えばテープ（２；２ａ，２ｂ）の形態のマトリクスの中に埋め込まれた連続ファイバー（４）を、コイル巻線（３）に張り付けることにより、モールドを使用しない樹脂絶縁コイル巻線が得られる。このテープ（２；２ａ，２ｂ）は、そのポリマー・マトリクスの融点まで局所的に加熱され、それに続いて、巻線のボディ（１）に対して押し付けられる。コイル（１）の上に押し付けられた前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の、加熱され且つ溶融された樹脂は、圧力の下で前記コイル巻線（３）の間のボイド及びギャップの中に流れ込み、それらの中を満たし、それにより、前記コイル巻線（３）を密閉状態で絶縁する。加熱及び加圧装置（７，５）を出た後に、溶融されたエポキシ樹脂は再び固まる。この結果、硬化プロセスは、かくして、従来の技術と比べて大幅に単純化され且つ短縮される（図１）。
2009509345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂絶縁コイル（１）を製造するための方法であって、前記コイル（１）は、前記コイル（１）上に配置された、固体の重合体のマトリクス（４）の中のファイバーで強化されており、巻線レイヤ（３）とファイバー／ポリマー・レイヤ（４）が、交互に且つ繰り返して張り付けられる方法において、
前記ファイバー／ポリマー・レイヤ（４）の張り付けが、以下の連続的に実施されるステップを有する方法：
−  ファイバー及び固体の重合体のマトリクスを有する少なくとも一つの連続テープ（２；２ａ，２ｂ）の部分を、溶融または活性化し；
−  前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の、溶融されまたは活性化された部分を、前記コイル（１）の上に押し付ける。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載の方法：
前記コイル（１）は、変圧器のコイル（１）であり、特に、ドライ・タイプの配電変圧器または小型の電力変圧器のコイルである。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載の方法：
−  前記テープ（２）は、固体の重合体のマトリクスの中にファイバーを有し；
−  前記繊維強化テープ（２）は、準固体状態のポリマー・マトリクス、特にＢステージ樹脂マトリクスの中に埋め込まれた連続ファイバーを含んでいる。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１または２に記載の方法：
−  第一のテープ（２ａ）は、ファイバーを有し、第二のテープ（２ｂ）は、マトリクス、好ましくは準固体状態のポリマー・マトリクス、特にＢステージ樹脂マトリクスを有し；
−  両方のテープ（２ａ、２ｂ）は、交互に、同時に張り付けられる。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の方法：
−  前記樹脂は、エポキシ樹脂、シアン酸エステル、ポリイミド、ポリエステル、ポリプロピレン、及びそれらの組み合わせからなるグループの中から選択され；および／または、
−  前記ファイバーは、グラス・ファイバー、クォーツ・ファイバー、アラミド・ファイバー、ダイネマ・ファイバー、ボロン・ファイバー、酸化アルミニウム・ファイバー、シリコンカーバイド・ファイバー、ポリ・ベンゾイミダゾール・ファイバー、バソルト・ファイバー、及びそれらの組み合わせからなるグループの中から選択される。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の方法：
−  前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の張り付けの間、前記ファイバー／ポリマー・レイヤ（４）は、連続的におよび／または繰り返して硬化され；および／または、
−  前記連続テープ（２；２ａ，２ｂ）の張り付けは、完全自動化状態で、特にロボットを用いて、実施される。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の方法：
前記ファイバー／ポリマー・レイヤ（４）と前記ワイヤ・レイヤ（３）の交互の張り付けは、完全自動化状態で、特にロボットを用いて、好ましくは同時的な製造ステップで、実施される。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の方法：
最後のファイバー／ポリマー・レイヤ（４）の張り付けの後に、前記コイル（１）は、オーブンまたはオートクレーブの中で硬化される。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の方法：
製造の間、前記コイル（１）は、軸（８）の周りで回転され、および／または、巻付け装置（１ａ，１ｂ）が、前記コイル（１）の周りで回転される。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項１から９のいずれか１項に記載の方法：
ドライ・タイプの変圧器の時計回りの巻線（１００ａ）は、前記コイル（１）の周りを時計回りに回転するコイル巻付けヘッド（１ａ）により製造され、ドライ・タイプの変圧器の反時計回りの巻線（１００ｂ）は、前記コイル（１）の周りを反時計回りに回転するコイル巻付けヘッド（１ｂ）により製造され、特に、この場合において、両方のコイル巻付けヘッド（１ａ，１ｂ）が同時に回転する。
【請求項１１】
樹脂絶縁コイル（１）、特にドライ・タイプの変圧器のための樹脂絶縁コイルであって、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法に基づいて製造された樹脂絶縁コイル。
【請求項１２】
変圧器、特に配電変圧器または電力変圧器であって、当該変圧器が、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法により製造されたコイル（１）を含むことを特徴とする変圧器。
【請求項１３】
樹脂絶縁コイル（１）を製造するための装置（１ａ，１ｂ）、特に、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実現するための装置であって、
前記コイル（１）は、導電性の巻線レイヤ（３）、及びファイバー及び固体の重合体のマトリクス（４）を有する絶縁レイヤ（４）を、交互に有しており、
−  ファイバー及び固体の重合体のマトリクスを有する少なくとも一つのテープ（２；２ａ，２ｂ）を連続的に供給するための手段（９，１０，１１）と；
−  供給されている間に、前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の部分を局所的に活性化するための手段（７，１２，１２’，１４）と；
−  前記コイル（１）を支持し且つ回転させるための手段（８）、および／または、前記装置の少なくとも一つの巻付けヘッド（１ａ，１ｂ）を前記コイル（１）の周りで回転させるための手段（１８，１８’）と；
−  前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の活性化された部分を、回転している前記コイル（１）の上に張り付けるための手段（５）と；
を有する装置。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１３に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
−  前記巻線のレイヤ（３）を前記コイル（１）の上に張り付けるための手段、及び、特に、後続の巻線のレイヤ（３）を一緒に電気的に接続するための手段と；
−  特に、前記コイル（１）の上で、前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の張り付けと前記巻線のレイヤ（３）の張り付けの間で、交互に入れ替えるための手段と；
−  特に、前記コイル（１）の上に、前記テープ（２；２ａ，２ｂ）及び前記巻線のレイヤ（３）を同時に張り付けるための手段と；
を有している。
【請求項１５】
下記特徴を有する請求項１３または１４に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
製造される前記コイル（１）は、変圧器のコイル（１）であって、特に、ドライ・タイプの配電変圧器または小型の電力変圧器のコイルである。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項１３から１５のいずれか１項に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
−  前記テープ（２）は、例えばＢステージ樹脂マトリクスのような、準固体状態の樹脂マトリクスの中に埋め込まれたファイバー、特に連続ファイバー、を有する繊維強化プリプレグ・テープ（２）であって、スプール（９）の上に巻かれており；または、
−  第一のテープ（２ａ）は、ファイバーを有し、第二のテープ（２ｂ）は、マトリクス、好ましくは準固体状態のポリマー・マトリクス、特にＢステージ樹脂マトリクスを有し、両方のテープ（２ａ、２ｂ）は、スプール（９）の上に巻かれ、且つ、同時に、好ましくは交互に張り付けられる。
【請求項１７】
下記特徴を有する請求項１３から１６のいずれか１項に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
−  連続的に供給するための前記手段（９，１０，１１）は、前記繊維強化テープ（２）を移送するスプール（９）、または、ファイバー・テープ（２ａ）及びマトリクス・テープ（２ｂ）を移送する別個のスプール（９）、及び、前記繊維強化テープ（２）または前記ファイバー・テープ（２ａ）及びマトリクス・テープ（２ｂ）を前記回転しているコイル（１）へ、コントロールされたテープ張力の下で、供給するためのロール（１０，１１）を有し；
−  特に、前記ロール（１０，１１）は、ベーキング・ロール（１０）、駆動ロール、および／または、弾性的に支持されたガイド・ロール（１１）を有している。
【請求項１８】
下記特徴を有する請求項１３から１７のいずれか１項に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
−  活性化するための前記手段は、例えば高温空気ブロア、マイクロ波照射源、赤外線照射源またはレーザのような、加熱装置（７）を有し；および／または、
−  活性化するための前記手段は、前記コイル表面（１５）の上に新たに張り付けられテープ（２；２ａ，２ｂ）を繰り返して溶融するための少なくとも一つの更なる加熱装置（１２，１２’）を有し；および／または、
−  活性化するための前記手段は、前記コイル表面（１５）の上に新たに張り付けられテープ（２；２ａ，２ｂ）を更に硬化させるために、例えば紫外線源（１４）のような、少なくとも一つの非熱的活性化装置を有している。
【請求項１９】
下記特徴を有する請求項１３から１８のいずれか１項に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
−  コイル（１）を支持し且つ回転させるための前記手段（８）は、前記コイル（１）を移送する回転中心軸（８）を有し；および／または、
−  回転するコイル（１）の上にテープ（２；２ａ，２ｂ）の溶融されたまたは活性化された部分を張り付けるための前記手段（５，５' ，５''）は、前記コイル（１）の上に前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の溶融されたまたは活性化された部分を加圧するための、少なくとも一つの加圧ロール（５，５' ，５''）を有している。
【請求項２０】
下記特徴を有する請求項１３から１９のいずれか１項に記載の装置（１ａ，１ｂ）：
前記巻付け装置は、二つのコイル巻付けヘッド（１ａ，１ｂ）を有し、時計回りの巻線（１００ａ）及び変圧器の反時計回りの巻線（１００ｂ）を同時に巻くために、前記コイル（１）の周りで、その一方は時計回りに回転し、もう一方は反時計回りに回転する。
【請求項２１】
請求項１３から２０の何れか１項に記載された装置（１ａ，１ｂ）の使用であって、変圧器のコイル（１）、特に配電変圧器または電力変圧器のコイルを製造するための使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立特許請求項による、モールドを使用しない樹脂絶縁コイル巻線、そのようなコイル巻線を製造するための方法、装置及び装置の使用、及びそのようなコイル巻線を備えた変圧器に係る。
【背景技術】
【０００２】
配電変圧器は、機械的な及び熱的な応力に対して十分な抵抗を示さなければならず、それらの応力は、一方では過負荷及び短絡条件に関係し、もう一方では悪い気候条件に関係している。前記の用途のために、粗糸状の（roved）グラス・ファイバーで強化され且つ一緒に巻かれた、エポキシで絶縁されたコイル巻線を備えたドライ・タイプの変圧器が、従来の技術である。そのような変圧器は、ＡＢＢ社から RESIBLOC（登録商標）の商標名の下で市販されている。高いグラス・ファイバーの配合率（約７０重量％）が、高温下及び低温下の双方において、要求される優れた機械的な強度及び熱衝撃に対する安定性に到達するために寄与している。
【０００３】
この RESIBLOC（登録商標）の技術に基づく、エポキシ樹脂で絶縁されたコイルは、巻線レイヤと連続グラス・ファイバーからなるレイヤとを交互に張り付けることにより製造される。前記ファイバーは、液状のエポキシ樹脂の槽の中に浸漬され、それに続いて、コイル巻線の上に巻き付けられる。液状のエポキシ樹脂がコイル巻線の間のボイドを満たす。コイルの巻付けプロセスが完了した後、液状のエポキシ樹脂は、オーブンの中で硬化されて固まる。
【０００４】
従来技術によるエポキシで絶縁された変圧器は、優れた製品性能を示す。しかしながら、それらの製造には、かなりの手間が掛り、コストが高い。ウエットなファイバーを張り付けることにより生ずるエポキシ樹脂の過剰分は、オペレータの手で、手作業でコイルの上に広げられまたは取り除かれなければならない。
【０００５】
ファイバーを粗糸状にする技術に対して適合するために、使用されるエポキシ樹脂は、比較的低い粘度でなければならない。最後の硬化ステップにおいて、樹脂の均一な分布を維持するために、エポキシ樹脂の絶縁マトリクスのゲル化及び固化が生ずるまでコイルが前後に傾けられなければならない。この傾動が無いと、エポキシ樹脂が滴り落ちて、コイルの底部分に集まってしまうことになる。複雑な硬化サイクルは１０時間以上続き、それを短縮することは容易ではない。
【０００６】
二つの上述の理由により、高い製造コストがもたらされる。それに加えて、開放型のウエット・プロセスにおける、液状のエポキシ樹脂／無水物のプレ・ポリマー混合物の人手による塗布は、作業者を毒性のある化学的な化合物に長時間曝す危険がある。更にまた、環境上の理由のために、未使用の未硬化のエポキシ樹脂は適切に廃棄されなければならない。
【０００７】
欧州特許出願公開 EP 1 211 052 A1 は、ボディに繊維強化プラスチック・バンドを巻き付けるためのプロセス及び装置を示している。この繊維強化熱可塑性樹脂バンドは、コイルから解かれ、溶融装置を介して加圧装置へ送られる。この熱可塑性樹脂ポリマーのバンドは表面的に溶融され、それに続いて、バンドが巻き付けられるボディの上に押し付けられる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第 EP 1 211 052 A1 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、モールドを使用しない樹脂絶縁コイル巻線を用いた、繊維強化コイルの時間効率及びコスト効率の良い製造のための方法を提供することにある。それに加えて、本発明に基づく方法は、環境的なアスペクト及び運転の際の安全性の観点から、優位性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの及びその他の問題は、請求項１の中に規定された本発明に基づく方法、請求項１１の中に規定されたコイル、請求項１２の中に規定された変圧器、及び請求項１３及び２１の中に規定された製造装置及び装置の使用により解決される。本発明は、粗糸状でエポキシ・プレ・ポリマーが含浸されたグラス・ファイバーの従来の技術を、置き換えるものであって、本発明の技術によれば、準固体状態のエポキシ樹脂のマトリクス（例えば少なくとも一つのテープの形態のマトリクス）が中に埋め込まれた連続ファイバー、またはそれと同時に供給される連続ファイバーが、連続的にコイル巻線に張り付けられる。
【００１０】
樹脂絶縁コイルを製造するための方法において、コイルが、固体の重合体のマトリクスの中の、コイル上に配置されたファイバーで強化され、ここにおいて、巻線レイヤとファイバー／ポリマー・レイヤが交互に且つ繰り返して張り付けられ、またここにおいて、ファイバー／ポリマー・レイヤの張り付けは、以下の連続的に実施されるステップを有している：
−  ファイバー及び固体の重合体のマトリクスを有する少なくとも一つの連続テープの部分を、溶融または活性化する；
−  少なくとも一つのテープの、溶融されまたは活性化された部分を、コイル上に押し付ける。
【００１１】
少なくとも一つのテープは、固体の重合体のマトリクスの中に埋め込まれたファイバーを有する繊維強化テープ、または、別個のファイバー・テープと重合体のマトリクス・テープであっても良い。コイル巻線のボイドの無い絶縁を形成するため、繊維強化テープまたはマトリクス・テープは、そのポリマー・マトリクスの融点まで局所的に加熱され、または、例えば紫外線照射によりまたは化学的に活性化され、それに続いて、巻線のボディに対して押し付けられる。テープが小さな領域内でのみ加熱されまたは活性化されるので、溶融されまたは活性化されたポリマー・マトリクスは、加熱または活性化及び加圧領域を出た後に急速に固まる。溶融または活性化と言う用語は、物理的なおよび／または化学的なプロセスにより、テープをコイル上の隣接するレイヤに張り付けられることが可能な状態にする何れかのプロセスを意味している。
【００１２】
テープの、加熱されて溶融されまたは活性化された樹脂は、コイルの上に押し付けられ、圧力の下でコイル巻線の間のボイド及びギャップの中に流れ込み、それらを満たし、それにより、コイル巻線を密閉して絶縁する。加熱または活性化及び加圧装置を出た後、溶融されまたは活性化されたエポキシ樹脂は、直ちに流動を停止し、融点以下への急速な冷却のために再び固まる。
【００１３】
出来上がったコイルの硬化は、オーブンの中で完了されることが可能である。必要な硬化時間は、従来の技術と比べて大幅に短くなる。滴り落ちまたはコイルの底部分に集まるような完全に液状のエポキシ樹脂は、存在しない。その結果、硬化サイクルの間、コイルを傾動させることが必要にならない。この結果得られる硬化プロセスは、このようにして、従来の技術と比べてかなり単純化され且つ短縮される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造方法は、従来技術による製造方法と比べて、より迅速であり、より手間が掛らず、且つコスト効率に優れている。製造の間、液状のプレ・ポリマー状態のエポキシ樹脂が存在しないので、本発明はまた、環境的及び運転の際の安全性が高い点で、優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明で使用されるテープのための、適切な準固体状態の（quasi-solid-state）ポリマーまたは樹脂マトリクスは、例えばＢステージの樹脂であり、例えばＢステージのエポキシ樹脂である。Ｂステージのエポキシ樹脂（“レゾライト／resolite”または“レジトール／resitol”とも呼ばれている）は、特定の熱硬化性樹脂の反応における二次ステージのために使用される用語である。モノマーは、既に或る程度重合している。樹脂は、加熱されたとき、未だ部分的に液状であることが可能であり、あるいは、特定の溶媒の存在の下で膨張することが可能であるが、熱的に分解することなくあるいは完全に分解することなく溶融することは、もはや可能ではない。
【００１６】
繊維強化Ｂステージの樹脂が含浸されたテープは、一般的に、“プリプレグ（prepreg）”テープと呼ばれ（called）、例えば、カーボン・ファイバーを含む複合材料で作られた製品の効率の良い製造のために使用される。
【００１７】
プリプレグ・テープは、ポリマー及びファイバーの様々な系について入手可能である。先に述べた前もって硬化されたエポキシ樹脂とは異なり、例えばシアン酸エステル樹脂及びポリイミド樹脂のような樹脂が、プリプレグを製造するために使用される。これらのデュロプラスチック（duroplastic）材料は、高い温度に適していて、そのために優位性がある。例えばポリエステル及びポリプロピレンのような、熱可塑性樹脂ポリマー系もまた、使用される。これらのタイプの材料は、あまり高価ではないが、約８０℃を超える動作温度で、それらの機械的な強度を失うことなく使用されることは可能ではない。更に、先に述べたポリマーまたは樹脂の組み合わせも使用されることが可能である。
【００１８】
大きな引張り強度を示す、従って、複合材料のために且つ本発明における使用のために適切な様々な異なる有機及び無機のファイバー材料がある。それらは、例えば、グラス・ファイバー、クォーツ・ファイバー、アラミド・ファイバー、ダイネマ（dynem）ファイバー（ゲル・スパン・ポリエチレン）、ボロン・ファイバー、酸化アルミニウム・ファイバー、シリコンカーバイド・ファイバー、ポリ・ベンゾイミダゾール（ＰＢＩ：polybenzimidazole）ファイバー、及びバソルト（basalt：玄武岩）ファイバーなどである。更に、先に述べたファイバー・タイプの組み合わせも、使用されることが可能である。広く使用されているカーボン・ファイバーは、それらの非常に低いオーミック抵抗のために、本発明における使用には適していない。
【００１９】
プリプレグ・テープは、ファイバーを液状のプレ・ポリマーに浸漬し、次いで予備的な硬化（pre-hardening）を行うことにより製造される。この化学的な硬化プロセスは、急速な冷却により停止される。そのため、プリプレグ・テープは、低い温度で、例えば低温のフリーザーの中で貯蔵されなければならず、スプールに巻き付けられた形態で入手可能である。
【００２０】
図１は、本発明に基づく装置１ａの実施形態の例を示す。基本的に円筒形のコイル・ボディ１は、回転中心軸８の周りで回転される。その代わりに、装置またはコイル巻付けヘッド１ａが、静止状態のコイル１の周りで回転されても良い。コイル・ボディ１は、繊維強化樹脂マトリクス４の中に埋め込まれた幾つかのコイル巻線レイヤ３から構成されている。特に、コイル１は、ファイバー／ポリマー・レイヤ４により互いに対して隔離された巻線レイヤ３を有し、変圧器のコイル１の連続巻線に供給するための電気的な接続を有している。このコイル１は、ドライ・タイプの変圧器のコイル１として使用されても良く、特に配電変圧器または電力変圧器の中のコイルとして、好ましくは小型の電力変圧器の中のコイルとして、使用される。
【００２１】
コイル１は、いずれか他のタイプのコイルであっても良く、また、機能上、優れた機械的、熱的及び電気的な安定性が極めて重要ないずれか他の特定の用途のために、典型的には中電圧または高電圧環境で使用されても良い。本発明に基づく方法及び装置１ａは、特に、ドライ・タイプの変圧器コイル１の効率の良い且つ環境的に安全な製造を可能にする。
【００２２】
より一般的には、樹脂絶縁コイル１は、導電性の巻線レイヤ３と固体の重合体のマトリクス４の中に埋め込まれたファイバーを有する絶縁レイヤ４を交互に有していて、そのようなコイルを製造するための装置１ａ，１ｂ（図１，５）は：
−  ファイバー及び固体の重合体のマトリクス、特に繊維強化テープ２を有する少なくとも一つのテープ２；２ａ，２ｂを連続的に供給するための手段９，１０，１１と；
−  供給されている間に繊維強化テープ２の部分を局所的に活性化するための手段７，１２，１２' ，１４と；
−  コイル１を支持し且つ回転させるための手段８、および／または、コイル１の周りで装置の少なくとも一つの巻付けヘッド１ａ，１ｂを回転させるための手段１８，１８’と；
−  回転しているコイル１の上に、少なくとも一つのテープ２；２ａ，２ｂの、特に繊維強化テープ２の活性化された部分を張り付けるための手段５と；
を有している。
【００２３】
更にまた、コイル１の上に、巻線のレイヤ３を張り付けるための手段、及び、特に後続の巻線のレイヤ３を電気的に接続するための手段が、一緒に設けられても良い。好ましくは、コイル１の上で、テープ２；２ａ，２ｂの張り付けと巻線のレイヤ３の張り付けの間で、交互に入れ替えを行うための手段が、存在しても良い。更にまた、コイル１の上に、テープ２；２ａ，２ｂと巻線のレイヤ３を同時に張り付けるための手段が、存在しても良い。
【００２４】
装置１ａの好ましい実施形態において、製造されるコイル１は、変圧器のコイル１、特に、ドライ・タイプの配電変圧器または小型の電力変圧器のコイルである。好ましくは、テープ２は、ファイバー、特に、例えばＢステージ樹脂マトリクスのような、準固体状態の樹脂マトリクスの中に埋め込まれた連続ファイバーを有する繊維強化プリプレグ・テープ２であって、スプール９の上に巻かれる。
【００２５】
その代わりに、図５の中に示されているように、第一のテープ２ａは、ファイバーを有し、第二のテープ２ｂは、マトリクス、好ましくは準固体状態のポリマー・マトリクス、特にＢステージ樹脂マトリクスを有し、両方のテープ２ａ、２ｂは、スプール９の上に巻かれ、同時に、好ましくは交互に張り付けられることができる。
【００２６】
更にまた、連続的に供給するための手段９，１０，１１は、繊維強化テープ２を移送するスプール９、または、第一のまたはファイバー・テープ２ａ及び第二のまたはマトリクス・テープ２ｂを移送する別個のスプール９を有していても良く、また、回転しているコイル１に、コントロールされたテープ張力の下で、繊維強化テープ２またはファイバー・テープ２ａ及びマトリクス・テープ２ｂを供給するためのロール１０，１１を有していても良い。ロール１０，１１は、特に、ベーキング・ロール１０、駆動ロール、および／または、弾性的に支持されたガイド・ロール１１を有していても良い。
【００２７】
コイル１を支持し且つ回転させるための手段８は、コイル１を移送する回転中心軸８を有していても良く；および／または、回転しているコイル１の上に、繊維強化テープ２の溶融されたまたは活性化された部分を張り付けるための手段５，５' ，５''は、コイル１の上に、テープ２の溶融されたまたは活性化された部分を押し付けるための少なくとも一つの加圧ロール５，５' ，５''を有していても良い。
【００２８】
更に、巻付け装置は、二つのコイル巻付けヘッド１ａ，１ｂを有していても良く、変圧器の時計回りの巻線１００ａ及び反時計回りの巻線１００ｂを同時に巻き付けるために、その一方は、コイル１の周りで時計回りに回転し、もう一方は、反時計回りに回転する。
【００２９】
使用されるテープ２，２ｂのプレ・ポリマー・マトリクスに応じて、活性化のための手段は、例えば、高温空気ブロア、マイクロ波照射源、赤外線照射源、またはレーザのような、加熱装置７を有していても良く；および／または、活性化のための手段は、コイル表面１５の上に新たに張り付けられテープ２；２ａ，２ｂを繰り返して溶融するための、少なくとも一つの更なる加熱装置１２，１２’を有していても良く；および／または、活性化のための手段は、コイル表面１５の上に新たに張り付けられテープ２；２ａ，２ｂを更に硬化させるために、例えば紫外線源１４のような、少なくとも一つの非熱的活性化装置１４を有していても良い。
【００３０】
最も好ましくは、装置１ａ，１ｂは、変圧器のコイル１、特に配電変圧器または電力変圧器のコイルを製造するために使用される。
【００３１】
以下において、本発明の方法の実施形態がより詳細に示される。テープ２；２ａ，２ｂ、特に繊維強化プリプレグ・テープ２が、加熱装置７による、コイル１に面するテープの表面１６の短時間の局所的な加熱の後に、コイル・ボディ１表面１５に連続的に張り付けられ。加熱装置７の熱源は、使用されたテープ２，２ｂのプレ・ポリマー・マトリクスに応じて、先に概略説明したように、加熱空気または放射を作り出しても良い。
【００３２】
局所的に溶融されたテープ２；２ａ，２ｂは、次に、加圧ロール５によりコイル・ボディ１に対して押し付けられ、それにより、コイル・ボディ１表面１５に対して垂直に押し付ける力６を及ぼす。増大された圧力／温度条件の下で溶融されたプレ・ポリメライズド樹脂が流動し始め、コイル巻線の周りのボイドを閉じ、表面１５のポリマー・マトリクス１５に融着する。加圧ロール５の加圧ゾーンを出た後、テープ２；２ａ，２ｂは、コイル・ボディ１のファイバー／樹脂マトリクス４の一体化された部分となった状態で、冷却される。この部分の外側表面１７が、コイル・ボディ１の新しい表面１５を形成する。
【００３３】
コイル・ボディ１の回転速度が一定に選択されても良く、それには、コントロール・システムがよりシンプルになると言う長所と、テープ２；２ａ，２ｂの張り付け速度が変動すると言う短所を伴う。一定のプロセスパラメータを確保するため、速度がテープを張り付ける位置の現在の直径に対して調整されも良く、それは、コイル１の全体のボディに渡ってのより均一な材料性質をもたらす。
【００３４】
図１において、プリプレグ・テープ２がスプール９から引き出され、適切なシステムを介して加熱装置７へ導かれる。図１はまた、ベーキング・ロール１０及び弾性的に支持されたロール１１も示している。駆動ロール（図示せず）もまた存在しても良い。これは、しかしながら、単純化された例として理解されるべきである。一定のテープ張力を確保して破断を防止するシステムは、先行技術から知られている。
【００３５】
本発明に基づくコイル・ボディ１を組み立てるために、コイル巻線３のレイヤと繊維強化ポリマー４のレイヤは、コイル巻線３が完全に隔離されるまで、交互にボディ１に張り付けられる。
【００３６】
コイル１の表面の上にコイル・ワイヤ３を巻き付けるのに先立って、ワイヤが、例えば溶接により、コイル巻線３の前のレイヤに接続される。コイル巻線レイヤ３が完成した後、ワイヤが適切なやり方で切断され、次のレイヤ３への接続を可能にする。繊維強化ポリマー・テープ２は、次に、本発明に基づく装置１ａを用いて、ポリマー・レイヤ４が、コイル１の所望の機械的な安定性及びコイル・ワイヤ３の電気的な隔離を確保する厚さに到達するまで、コイル・ボディの表面１５に張り付けられる。その結果得られるポリマー・レイヤ４の表面の上に、コイル巻線３の次のレイヤが張り付けられる。コイル巻線３の最後のレイヤの後で、最後の一つのポリマー・レイヤ４が張り付けられる。このレイヤは、周囲の環境に対する良好な隔離を確保するために、他のレイヤ４より大きな厚さであっても良い。
【００３７】
好ましい実施形態において、張り付けプロセスが自動化され、それにより、より信頼性高く且つ頑丈になる。自動化は、例えばロボットにより、コイル巻線３の上にテープ２；２ａ，２ｂを配置することにより実現される。テープ２の張り付けの間、ファイバー／ポリマー・レイヤ４が連続的におよび／または繰り返して硬化されても良い。更に、コイル巻線３の張り付けとグラス・ファイバー強化材４の張り付けを交互に行い、それと同時にコイル巻線３を絶縁するプロセスが、人間のオペレータ無しに、特にロボットを用いて、完全自動化状態で実現されることが可能である。
【００３８】
図５の実施形態の中に示されているように、ファイバー／ポリマー・レイヤ４とワイヤ・レイヤ３の交互の張り付けが、同時的な製造ステップの中で実施されることが可能である。この目的のために、銅ワイヤ３を備えた更なるスプールが巻付けヘッド１ａまたは１ｂに導かれ、コイル１に張り付けられる。
【００３９】
図４は、絶縁１０１及び冷却チャネル１０２により、二つの二次電圧巻線１００ａ，１００ｂから分離された低電圧巻線１００ｃを有する既知の変圧器のデザインを示す。この配置において、二次巻線１００ａ，１００ｂは、典型的に、逆向きの回転方向、即ち時計回りの回転１００ａと反時計回りの回転１００ｂを有している。これを実現するために、図５に示された巻付け装置１ａ，１ｂは、二つのコイル巻付けヘッド１ａ，１ｂを有していて、一方の巻付けヘッド１ａは、時計回りの巻線１００ａを作り出すためにコイル１の周りで時計回りに回転し、もう一方の巻付けヘッド１ｂは、変圧器の反時計回りの巻線１００ｂを作り出すためにコイル１の周りで時計回りに回転する。
【００４０】
ポリマー・マトリクスの硬化を完了させるため、完成されたコイル１は、オーブンの中で加熱されることが可能であり、樹脂は、溶融されない樹脂、いわゆるＣステージ樹脂になる。Ｂステージのエポキシ樹脂のための必要な硬化時間は、液状の（いわゆるＡステージ）エポキシ樹脂を用いる技術の１０時間と比べて大幅に短く、即ち、１から２時間である。エポキシ樹脂マトリクスが、上述の短時間の加熱及び加圧ステップを除いて、既に固まっているので、滴り落ちまたはコイルの底部分に集まることができるようなエポキシ樹脂は、存在しない。結果として、硬化サイクルの間、コイル１を傾動させる必要がない。その結果得られる硬化プロセスは、従来の技術と比べてかなり単純化され且つ短縮される。最後の硬化をオートクレーブ内で圧力の下で実施することも可能であり、それによって、コイルの複合材料構造の機械的な安定性を、更に増大させることができる。
【００４１】
図２は、本発明に基づく装置１ａの、他の可能性のある実施形態の加熱及び加圧エレメントを示す。内側表面１６を局所的に溶融した後に、繊維強化テープ２が、加圧ロール５を用いてコイル・ボディ１に張り付けられる。新たに張り付けられテープ２と表面１５の間の、物理的及び化学的な接続を増大させるために、テープ２が、加熱装置１２により再び加熱され、第二の加圧ロール５' により表面１５の上に押し付けられる。第三の加熱装置１２' 及び第三の加圧ロール５''を付け加えることも可能である。使用されるプレ・ポリマーに応じて、更なる加熱装置１２，１２’が紫外線源１４により置き換えられても良い、その理由は、特定のポリマーは紫外線照射により硬化されることが可能であるからである。
【００４２】
図３は、本発明に基づく装置１ａの更なる可能性のある実施形態を示す。コイル・ボディ１の出来上がったポリマー表面１５は、一つまたはそれ以上の照射装置１４により照射される。使用されるプリプレグ・ポリマー系に応じて、使用される放射は、ポリマーを熱硬化させるための赤外線、および／または、ポリマーの硬化をもたらす化学的な反応を引き起こすための紫外線またはブルー・ライトであっても良い。張り付けに先立ってテープ２を保護するために、不透明なウォール１３がテープ２を光源１４から分離する。赤外線照射源１４の代わりに、加熱空気のブロアが使用されても良い。
【００４３】
本発明の更なる目的は、上記の方法に基づいて製造される樹脂絶縁コイル１、特にドライ・タイプの変圧器のための樹脂絶縁コイル１であり、また、上記の方法に基づいて製造されるそのような樹脂絶縁コイル１を有する変圧器、特に、配電変圧器または電力変圧器を提供することにある。
【００４４】
本発明により実現される有利な効果は、数多い。ファイバー・レイヤ４は、ポリマーまたは樹脂に機械的なテナシティ（tenacity：靱性）及び熱的及び絶縁強度を追加する。ファイバー・レイヤ４はまた、必要とされる高価な樹脂の量を減らす。更にまた、別個のファイバー・テープ２ａとマトリクス・テープ２ｂの使用は、比較的高価なプリプレグ・テープ２を置き換えることを可能にする。ファイバー／ポリマー・レイヤ４の厚さは、変圧器コイル１の特定された機械的、熱的及び電気的な性能に適合するように選択され、変圧器のデザインに依存する。
【００４５】
本発明に基づく製造方法は、汚いウエット巻き付けプロセスを置き換え、自動化された巻付け工程のために非常に適切であり、製造の人員を有害な環境に曝す事態を少なくし、改善された品質、絶縁性能及び信頼性の変圧器コイル１をもたらす。そのようなコイル１を有するドライな変圧器は部分放電が少ない。更に、そのような変圧器コイル１の火災及び爆発の危険も極めて小さい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明に基づく方法を実施するために適切な装置の例を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明に基づく方法を実施するために適切な装置の他の実施形態の詳細を示す。
【図３】図３は、本発明に基づく方法を実施するために適切な装置の更なる実施形態を示す。
【図４】図４は、低電圧巻線及び二つの二次巻線を有する既知の変圧器のデザインを示す。
【図５】図５は、二つの反対方向に回転する巻付けヘッドを有する巻付け装置の更なる実施形態を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１…コイル・ボディ、１００ａ…第一の巻線，時計回りの巻線、１００ｂ…第二の巻線，反時計回りの巻線，左手巻線、１００ａ，１００ｂ…二次電圧巻線、１００ｃ…低電圧巻線、１０１…絶縁、１０２…冷却チャネル、１ａ，１ｂ…装置，巻付け装置；コイル巻付けヘッド、２…繊維強化テープ、２ａ…第一のテープ，ファイバー・テープ、２ｂ…第二のテープ，マトリクス・テープ、３…コイル巻線レイヤ、２…ファイバー／ポリマー・レイヤ、５，５' ，５''…加圧ロール、６…加圧力、７…加熱装置、８…回転中心軸、９…スプール、１０…ベーキング・ロール、１１…弾性的に支持されたロール，ガイド・ロール、１２，１２' …加熱装置、１３…不透明なウォール、１４…照射装置、１５…コイル・ボディの表面、１６…テープの内側表面、１７…テープの外側表面、１８，１８’…回転、１８…時計回りの回転、１８' …反時計回りの回転。
【図１】
2009509345.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年5月21日(2008.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
樹脂絶縁コイル（１）を製造するための方法であって、前記コイル（１）は、前記コイル（１）上に配置された、固体の重合体のマトリクス（４）の中のファイバーで強化されており、巻線レイヤ（３）とファイバー／ポリマー・レイヤ（４）が、交互に且つ繰り返して張り付けられる方法において、
前記ファイバー／ポリマー・レイヤ（４）の張り付けが、以下の連続的に実施されるステップを有する方法：
−  ファイバー及び固体の重合体のマトリクスを有する少なくとも一つの連続テープ（２；２ａ，２ｂ）を連続的に供給し；
−  供給されている間に、前記少なくとも一つのテープ（２；２ａ，２ｂ）の部分を溶融または活性化し；
−  供給されている間に、前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の溶融されまたは活性化された部分を、前記コイル（１）の上に押し付け；
−  加熱または活性化及び加圧のゾーンを出た後に、前記テープ（２；２ａ，２ｂ）を冷却する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１または２に記載の方法：
−  第一の連続テープ（２ａ）は、ファイバーを有し、第二の連続テープ（２ｂ）は、マトリクス、好ましくは準固体状態のポリマー・マトリクス、特にＢステージ樹脂マトリクスを有し；
−両方の連続テープ（２ａ、２ｂ）は、交互に、同時に張り付けられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
樹脂絶縁コイル（１）を製造するための装置（１ａ，１ｂ）、特に、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法を実現するための装置であって、
前記コイル（１）は、導電性の巻線レイヤ（３）、及びファイバー及び固体の重合体のマトリクス（４）を有する絶縁レイヤ（４）を、交互に有しており、
−  ファイバー及び固体の重合体のマトリクスを有する少なくとも一つのテープ（２；２ａ，２ｂ）を連続的に供給するための手段（９，１０，１１）と；
−  供給されている間に、前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の部分を局所的に活性化するための手段（７，１２，１２’，１４）と；
−  前記テープ（２；２ａ，２ｂ）の活性化された部分を、回転している前記コイル（１）の上に張り付けるための手段（５）と；
−  前記コイル（１）を支持し且つ回転させるための手段（８）、および／または、前記装置の少なくとも一つの巻付けヘッド（１ａ，１ｂ）を前記コイル（１）の周りで回転させて加熱または活性化及び加圧のゾーンから前記テープ（２；２ａ，２ｂ）を移動させるための手段（１８，１８’）と；
を有する装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
欧州特許出願公開 EP 1 211 052 A1 は、ボディに繊維強化プラスチック・バンドを巻き付けるためのプロセス及び装置を示している。この繊維強化熱可塑性樹脂バンドは、コイルから解かれ、溶融装置を介して、加圧装置へ送られる。この熱可塑性樹脂ポリマーのバンドは、表面的に溶融され、それに続いて、バンドが巻き付けられるボディの上に押し付けられる。  
米国特許 No. 5,954,909 は、コンダクタをサポートに接着するため、且つ、既存のワイヤ・コンダクタ・レイヤに張り付けられた接着フィルムの上に更なるワイヤ・コンダクタ・レイヤを接着するための、直接的な接着プロセスを開示している。接着剤は、モールド・リリーズ・フォーム（a mold release form）の上に塗布されまたはスプレイされ、ここでファイバー・マットが混合されることが可能であり、または、ファイバー・パーティクルが埋め込まれることが可能である。接着レイヤは、熱的な処理により、Ｂステージにされることが可能であり、このようにして、２次元の接着シートが形成される。コイルの製造のために、この接着シートは、次に、別個の、不連続の配置ステップにおいて、２次元のコンダクタ・ワイヤ領域の上に、パッチ状に配置される。後続のステップにおいて、熱処理及びオーバーラップが、既存の２次元のコンダクタ・レイヤの上に接着シートを接着し押圧するために、使用される。  
独国特許 DE 1 540 133 は、樹脂テープ及び別個の硬化剤テープを用いて、コイルの隔離を作り出すための方法を開示している。少なくとも一つのテープは、マイカまたはグラス・ファイバーを有していても良い。別個のテープ・アプローチが、貯蔵時間を改善するために、プリプレグ・テープの代替として、選択される。第一のステップにおいて、コイルの隔離が、コンダクタ・レイヤの上に、樹脂テープと硬化剤テープのこの組み合わせを巻き付けることにより、作り出される。次に、第二のステップにおいて、樹脂を硬化させるために、コイルが１〜３時間加熱され、この硬化プロセスは、別個の、不連続の製造ステップで行われる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第 EP 1 211 052 A1 号明細書
【特許文献２】米国特許第 5,954,909 号明細書
【特許文献３】独国特許 DE 1 540 133 号明細書
【国際調査報告】
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