(57)【要約】【課題】  放熱性を高めたコイル構造を提案すると共に、短絡時に働く電磁機械力に対して強化を図ったモールドコイルを提案する。【解決手段】  導体を巻回して形成したコイル１と、コイル１の内周及び外周に形成した絶縁層２とを備えた樹脂モールドコイルにおいて、コイル１は、素線を径方向の外周から内周に向かって複数回巻付けたコイル部分と内周から外周に向かって複数回巻付けたコイル部分とを軸方向に積層してコイル１を形成し、コイル１１の周りを樹脂２で覆って絶縁を施す。【選択図】        図１
2005158857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体を巻回して形成したコイルと、該コイルの内周及び外周に形成した絶縁層とを備えた樹脂モールドコイルにおいて、
前記コイルは、素線を径方向の外周から内周に向かって複数回巻付けたコイル部分と内周から外周に向かって複数回巻付けたコイル部分とを軸方向に積層して形成し、コイルの周りを樹脂で覆って絶縁を施したことを特徴とするモールドコイル。
【請求項２】
請求項１記載のモールドコイルにおいて、
上記素線は、平角線の断面からなり、エッジワイズ方向に曲げて巻付けたことを特徴とするモールドコイル。
【請求項３】
請求項２記載のモールドコイルにおいて、
上記コイル部分は、それぞれ直線部分と円弧部分とからなる矩形形状に巻付けられたことを特徴とするモールドコイル。
【請求項４】
請求項２記載のモールドコイルにおいて、
上記コイルは、エッジワイズで巻回した部分と、フラットワイズで巻回した部分と、両部分の間に設けたタップ線引出し部分とを有する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、モールドコイルであり、特に変圧器等の静止誘導機器に用いられる樹脂モールドコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
導体巻線をエポキシなどでモールドしてなるモールドコイルは、機械的強度，絶縁性能，耐湿性能が優れ、かつ難燃性である等の防災の面で利点も多いため、その需要は増加している。このモールドコイルを用いたモールド変圧器も最近ではより小型でより安価なものが市場から求められている。この要求にこたえる為には、より放熱特性の優れた構造が不可欠である。
【０００３】
従来のモールドコイルの巻線構造は、大略次ぎの構造に分けられる。一つは例えば特許文献１に記載されているように、丸線あるいは角線を軸方向に円筒状に巻回し、その外周側に絶縁材を巻き、更にこの上に巻線導体を巻回する。これを所定回繰り返して巻線単位が構成され、この巻線単位を必要な個数軸方向直列に接続してコイル巻線が形成される。
【０００４】
もう１つは例えば特許文献２に記載されているように、絶縁材を介在させながら帯状導体を筒状に巻回して巻線単位を形成し、これを必要な個数，軸方向に配列接続してコイル巻線が形成される。
【特許文献１】特開昭６３−７２１０６号公報
【特許文献２】特開昭５４−１０４５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の方法によれば、コイルの層間に絶縁材を巻回する必要があり、自動巻が困難である。また、絶縁材を巻線層間に挿入することによって注型樹脂と層間絶縁材の線膨張の差やその端部の切欠効果によって応力が集中し、クラックが発生する危険があった。
【０００６】
このため、層間紙はないほうが望ましい。また、コイル内で発生するジュール熱は、最終的にはコイルの外表面、即ち内外周面及び軸方向端部から放熱される。通常のモールドコイルは軸方向に長い筒状であるため、多くの熱は、軸方向端部に比較して面積が格段に大きい内外周表面からコイル外に放出される。このため、コイル内部で発生した熱は主に径方向に伝達されてゆくことになる。ところが、前記のような従来のコイル構造においては熱伝導の小さい絶縁物が多数径方向を分割するように配置されているため、径方向への熱の伝達が阻止される。その結果、コイル内部とコイル表面との温度差の大きい熱放散特性の悪いコイルとなっていた。
【０００７】
また、変圧器の二次側で短絡事故が起きると、通常の数倍から数十倍の大きな電流が流れる。その短絡電流により変圧器巻線に過大な電磁機械力が働く。その機械力は、一次側コイルと二次側コイルの間に斥力が働き、比較的円筒コイルは力が均等に分散するため、短絡時の強度に対して耐力があるが、矩形断面のコイルは直線部に大きな集中加重がかかるため、短絡強度に弱く、コイルが変形し、インピーダンスの変化率が大きくなり、１回の短絡事故で継続した使用が不可能となる確率が高いという問題が解決できないままでいた。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するため、放熱性を高めたコイル構造を提案すると共に、短絡時に働く電磁機械力に対して強化を図ったモールドコイルを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、その第１の態様としては、巻線コイルをコイルの内周から外周へと渦巻き状に巻線して最外周まで巻線したら、外周から内周へ向かって巻線し、積層する。これを繰り返し行うことにより、コイルを形成する。この方法によれば、隣接する導線同士の電圧差が小さくなって、従来必要となっていた層間紙を廃止することが出来、コスト低減を図ることが出来ると共に、クラックが発生する危険性を軽減できる。また、これはコイル内部で発生するジュール熱を放熱する上での阻害要因であったため、放熱性が向上し、コイルのコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
さらに、電線の断面形状を平角線にすれば、コイルの導体占有率が向上し、よりコイルのコンパクト化が図れる。
【００１１】
コイルの形状が矩形の場合、平角線の曲げ方向をエッジワイズにすることにより、短絡時に働く電磁機械力に対し、強度を向上することが出来、変圧器の品質を向上することが出来る。
【００１２】
また、機械を使用してエッジワイズで巻回した後、タップ引出し部分を設け、次に手巻きでフラットワイズで巻回することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱放散性、絶縁特性、製造時の作業性に優れ、さらに、小型で短絡時の電磁機械力に強いモールドコイルが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明のモールドコイルの実施例について、図を用いて説明する。図１は、実施例１のモールドコイルのコイル断面図である。図２は、実施例１のモールドコイルのコイル斜視図である。図３は、実施例１におけるタップ線成形終了後のコイル斜視図である。図４は、実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段に一例の説明図である。図５は、実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第２の例の説明図である。図６は、実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第３の例の説明図である。図７は、実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第４の例の説明図である。図８は、実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第５の例の説明図である。図９は、実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第６の例の説明図である。図１０は、実施例１のモールドコイルのコイル断面図である。図１１は、実施例１のモールドコイルのコイル断面図である。図１２は、実施例２のモールドコイルにおけるコイル注型する手段の一例の説明図である。図１３は、実施例２のモールドコイルのコイル注型する手段の別の例の説明図である。図１４は、実施例２のモールドコイルのコイル断面図である。図１５は、実施例３のモールドコイルのコイル斜視図である。図１６は、実施例３のモールドコイルの切断コイル斜視図である。図１７は、実施例１のモールドコイルを用いて組立てたモールド変圧器の説明図である。
【実施例１】
【００１５】
実施例１は、平角線導体をコイル径方向に巻き回した巻線単位を軸方向に積層して構成したモールドコイルである。図１は、本実施例の樹脂モールドコイルにおける平角線導体３の巻き方を、モールドコイルの径方向から模式的に示したものである。巻き始めをコイル端部から行い、外周から内周へ向かって巻き回し、上段へ上がり次に内周から外周へ向かって巻きまわす。これを規定の巻き回数まで繰り返すことで、コイル１を形成し、その周りを樹脂層２で覆う。図１の斜視図を図２に示す。タップ線を引き出した状態のコイルを図３に示す。
【００１６】
本実施例の樹脂モールドコイルは、平角線３を成形してエッジワイズに曲げ加工を行いながらコイルを成形するものである。特に、矩形形状のコイルは平角線を直線部と曲げ部に分け、それぞれ異なる成形方法を行う。
【００１７】
次に、本実施例のモールドコイルの製造方法の一例について具体的に説明する。まず、導体の曲げ成形について、説明する。以下、平角線をエッジワイズに曲げ加工を行う方法について述べる。図４（ａ）（ｂ）において、上下に設置されたローラ５の間に平角線を通し、ローラ５の角度を任意に自動可変させることで電線にＲの癖を付ける。この方法によれば、任意のＲに平角線を成形出来、また丸形コイル、矩形コイルとも製作可能である。電線成形の別の方法を図５に示す。電線３をＲ形状に予め加工した型６に電線の両端を固定したまま押し付け、Ｒ形状に成形する。この方法によれば、Ｒ径が一定となり、コイルの導体占有率は上がるが、直線部とＲ部の寸法精度が向上し、装置の自動化が容易となる。
【００１８】
さらに別の方法を図６に示す。図５に示すＲ型６を用いて電線を成形するが、一端を予め固定しておき、Ｒ型６の周りを移動する型７が電線を成形するものである。また、図７のように、Ｒ型６自体を回転させ、電線を成形してもよい。いずれもＲ形状は型６のＲですべて確定する特徴を有する。
【００１９】
Ｒ形状を自在に変化させる方法として、図８のように回転するローラ５を用いて成形する方法がある。これは所望するＲ形状とするため、ローラ間の寸法を変化させ、Ｒを決定する。また、図９（ａ）〜（ｅ）に示すＲ成形の方法は、Ｒ形状にする部分の円弧の長さのピッチで電線の両端を固定し、両端に曲げモーメントを掛け、Ｒ寸法に成形するものであり、把持する間隔Ｌ１（ａ）、Ｌ２（ｂ）に応じて、成形される曲げ部の形状（ｃ）、（ｄ）が相違する。電線の断面形状がすべて一定であり、材質も一定であることから安定したＲ寸法を形成することが出来る。
【００２０】
上記の成形方法図４、図８、図９によって成形したコイルの断面を図１０に、また、図５、図６、図７によって成形したコイルの断面を図１１に示す。Ｒ形状が一定か可変かでコイルの特徴が決定される。
【実施例２】
【００２１】
実施例２を説明する。巻線の自動化において、タップ線引き出し巻回数までの巻線を上記の方式を用いタップ線以降の巻線を手動で行う場合、タップ線引き出しまでをエッジワイズで巻回し、タップ線以降をフラットワイズで成形する方法もある。この方法によれば、自動と手動の組み合わせで効率的な巻線が可能となる。断面図を図１４に示す。
【００２２】
巻線後の樹脂注型方法を図１２、図１３に示す。巻線は型を用いることなく、コイル１を成形することが出来るため、コイル１の加工を型レスで行うことが出来、型の回転率が向上する。これは生産を行う上で、保有する型を削減することが出来、経費等のコストを低減することが出来る。また、金型を使用せずにコイル１を成形することは、コイルを部品として保管が可能となり、電圧の仕様で巻数が変わっても仕込みのコイル改造が可能でコイル製作リードタイムを短縮することが出来る。
【００２３】
型と巻線コイルの間を樹脂製のスペーサで確保し、また外型を成形した型を用いることによって、空間が空き、その間に注型樹脂を充填する。エッジワイズ方向で成形されたコイルは巻線時の膨らみがなく、電線長辺の寸法がコイル厚さに反映されるので、コイルの厚み精度が向上する特長がある。このことは、コイルの成形作業、後工程の鉄心、金具、端子の組立精度の向上にもつながり、作業効率の向上となり、工数低減を図れる。
【実施例３】
【００２４】
実施例３を説明する。本実施例は、巻線用の型を必要とせず、導体を成形した状態で保管が可能となり、仕込み化が可能となる。受注時の電圧仕様が決定した時点で巻線を開始するのではなく、図１５、図１６に示すように、同じ断面形状となるコイルを予め、連続に成形し、保管しておき、所望の回数で切断し、それを注型することにより、製品コイルを製作する方法が可能である。このことにより、製作リードタイムを短縮することが出来る。図１７に本発明を用いた変圧器１１の外観図を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１のモールドコイルのコイル断面図。
【図２】実施例１のモールドコイルのコイル斜視図。
【図３】実施例１におけるタップ線成形終了後のコイル斜視図。
【図４】実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段に一例の説明図。
【図５】実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第２の例の説明図。
【図６】実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第３の例の説明図。
【図７】実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第４の例の説明図。
【図８】実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第５の例の説明図。
【図９】実施例１のモールドコイルのコイル成形する手段の第６の例の説明図。
【図１０】実施例１のモールドコイルのコイル断面図。
【図１１】実施例１のモールドコイルのコイル断面図。
【図１２】実施例２のモールドコイルにおけるコイル注型する手段の一例の説明図。
【図１３】実施例２のモールドコイルのコイル注型する手段の別の例の説明図。
【図１４】実施例２のモールドコイルのコイル断面図。
【図１５】実施例３のモールドコイルのコイル斜視図。
【図１６】実施例３のモールドコイルの切断コイル斜視図。
【図１７】実施例１のモールドコイルを用いて組立てたモールド変圧器の説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１…電線コイル
２…樹脂層
３…平角線
４…電線成形部
５…ローラ
６…Ｒ成形型
７…電線成形型
８…クランプ
９…注型用型
１０…タップ線以降巻線コイル
１１…モールド変圧器
【図１】
2005158857.tif 000003
【図２】
2005158857.tif 000004
【図３】
2005158857.tif 000005
【図４】
2005158857.tif 000006
【図５】
2005158857.tif 000007
【図６】
2005158857.tif 000008
【図７】
2005158857.tif 000009
【図８】
2005158857.tif 000010
【図９】
2005158857.tif 000011
【図１０】
2005158857.tif 000012
【図１１】
2005158857.tif 000013
【図１２】
2005158857.tif 000014
【図１３】
2005158857.tif 000015
【図１４】
2005158857.tif 000016
【図１５】
2005158857.tif 000017
【図１６】
2005158857.tif 000018
【図１７】
2005158857.tif 000019