(57)【要約】【課題】絶縁耐圧を確保しつつ小型化を図れる、多重円筒巻線を提供する。【解決手段】円筒巻線が同軸円筒状に巻き回されて複数の層に位置する円筒巻線層と、円筒巻線層の層間に位置して、円筒巻線層の軸方向における円筒巻線層の幅と略同じ長さを有する絶縁性の複数のスペーサ１２１，１２２とを備える。円筒巻線層のうち、円筒巻線に電気が入力される側の入力側線路端１６０を含む第１巻線層とこの第１巻線層に隣接する第２巻線層との間に位置する複数のスペーサのうちの少なくとも１つがポリプロピレンで形成されている部分を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁油に浸漬されて使用される多重円筒巻線であって、
円筒巻線が同軸円筒状に巻き回されて複数の層に位置する円筒巻線層と、
前記円筒巻線層の層間に位置して、前記円筒巻線層の軸方向における前記円筒巻線層の幅と略同じ長さを有する絶縁性の複数のスペーサと、
を備え、
前記円筒巻線層のうち、前記円筒巻線に電気が入力される側の入力側線路端を含む第１巻線層と該第１巻線層に隣接する第２巻線層との間に位置する前記複数のスペーサのうちの少なくとも１つがポリプロピレンで形成されている部分を含む、多重円筒巻線。
【請求項２】
前記円筒巻線層は、前記層間において前記円筒巻線層の軸方向における一端側または他端側に交互に位置する接続部を介して接続されることにより直列に接続され、
前記少なくとも１つのスペーサは、前記円筒巻線層の軸方向において、前記接続部側は絶縁紙で形成され、かつ、前記接続部側とは反対側はポリプロピレンで形成されている、請求項１に記載の多重円筒巻線。
【請求項３】
前記少なくとも１つのスペーサは、互いに対向している前記第１巻線層に位置する前記円筒巻線と前記第２巻線層に位置する前記円筒巻線との間に発生する電位差が、互いに対向して前記円筒巻線層の軸方向において最も前記入力側線路端の近くで前記第１巻線層に位置する前記円筒巻線と前記第２巻線層に位置する前記円筒巻線との間に発生する電位差の１０％以上である部分においてポリプロピレンで形成され、それ以外の部分において絶縁紙で形成されている、請求項２に記載の多重円筒巻線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重円筒巻線に関し、特に、油絶縁された多重円筒巻線に関する。
【背景技術】
【０００２】
多重円筒巻線は、絶縁被覆したコイル導体を絶縁筒の上に縦長矩形の縦スペーサを介して複数の層にわたって円筒状に巻付けることにより形成される。隣接する円筒巻線層に位置する円筒巻線同士は、円筒巻線層の軸方向における上端または下端での接続を交互に繰り返して全体として直列に接続されている。
【０００３】
従来の変圧器における多重円筒巻線においては、隣接する円筒巻線層間に高い電位差が発生する場合がある。このような場合に絶縁距離を確保することができる多重円筒巻線を開示した先行文献として特許文献１および２がある。特許文献１および２に記載された多重円筒巻線においては、高い電界が生じる円筒巻線層の軸方向の端部で、層間の垂直油道を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２５４７０６号公報
【特許文献２】昭６３−２０４６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多重円筒巻線の線路端に雷インパルスのような立ち上がり時間の短いサージが侵入した場合、線路端に近接する円筒巻線層間に高い電位差が発生する。雷インパルスのようなサージ侵入時の発生電圧に耐えるようにするために、線路端に近接している円筒巻線層間を大きくして絶縁距離を持たせる方法、または、線路端に近接している円筒巻線層の端部に絶縁部材を設ける方法などが採られていた。この場合、多重円筒巻線の全体の大きさが増大する。
【０００６】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであって、絶縁耐圧を確保しつつ小型化を図れる、多重円筒巻線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】
【０００７】
本発明に基づく多重円筒巻線は、絶縁油に浸漬されて使用される多重円筒巻線である。多重円筒巻線は、円筒巻線が同軸円筒状に巻き回されて複数の層に位置する円筒巻線層と、円筒巻線層の層間に位置して、円筒巻線層の軸方向における円筒巻線層の幅と略同じ長さを有する絶縁性の複数のスペーサとを備える。円筒巻線層のうち、円筒巻線に電気が入力される側の入力側線路端を含む第１巻線層とこの第１巻線層に隣接する第２巻線層との間に位置する複数のスペーサのうちの少なくとも１つがポリプロピレンで形成されている部分を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多重円筒巻線において絶縁耐圧を確保しつつ小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る多重円筒巻線の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の多重円筒巻線を矢印ＩＩ方向から見た図である。
【図３】図１の多重円筒巻線をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た図である。
【図４】同実施形態の多重円筒巻線の第１巻線層と第２巻線層との一部を示す断面図である。
【図５】スペーサの一部に欠けがある場合の状態を示す上面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る多重円筒巻線における第１巻線層と第２巻線層との一部を示す断面図である。
【図７】実験例の構成を示す断面図である。
【図８】実験例の結果を示すグラフであり、縦軸に沿面破壊電圧、横軸にスペーサの種類を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態１に係る多重円筒巻線について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。
【００１１】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る多重円筒巻線の構成を示す斜視図である。図２は、図１の多重円筒巻線を矢印ＩＩ方向から見た図である。図３は、図１の多重円筒巻線をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た図である。
【００１２】
図１〜３に示すように、本実施形態に係る多重円筒巻線１００は、円筒巻線が同軸円筒状に巻き回されて複数の層に位置する円筒巻線層１３０と、円筒巻線層１３０の層間に位置して、円筒巻線の軸方向における円筒巻線層１３０の幅と略同じ長さを有する絶縁性の複数のスペーサ１２０とを含む。
【００１３】
本実施形態においては、円筒巻線層１３０は、内側から順に第１巻線層１３１、第２巻線層１３２、第３巻線層１３３、第４巻線層１３４、第５巻線層１３５および第６巻線層１３６から構成されている。ただし、円筒巻線層１３０の層の数は６層に限られず、複数の層であればよい。
【００１４】
第１巻線層１３１は、円筒巻線に電気が入力される側の入力側線路端１６０を含む。具体的には、第１巻線層１３１の上端の位置から入力側線路端１６０が引出されている。第６巻線層１３６は、円筒巻線から電気が出力される側の出力側線路端１６１を含む。具体的には、第６巻線層１３６の上端の位置から出力側線路端１６１が引出されている。第１巻線層１３１の内側には、絶縁筒１１０が設けられている。
【００１５】
円筒巻線層１３０の層間には、縦長矩形状の形状を有するスペーサ１２０が配置されている。スペーサ１２０のうち、少なくとも第１巻線層１３１と第２巻線層１３２との間に配置されるスペーサ１２２のみポリプロピレンで形成されている。本実施形態においては、８ヶのスペーサ１２２を配置しているが、少なくとも１つのスペーサ１２２が配置されていればよい。
【００１６】
スペーサ１２０のうち、その他の層間に配置されるスペーサ１２１は絶縁紙で形成されている。絶縁筒１１０と第１巻線層１３１との間には、絶縁紙で形成されたスペーサ１２３が配置されている。絶縁紙としては、たとえば、プレスボードなどがある。
【００１７】
図２に示すように、多重円筒巻線１００は、絶縁油１５０に浸漬されて使用される。円筒巻線層１３０の層間は、絶縁油１５０で満たされている。
【００１８】
本実施形態においては、図３に示すように、円筒巻線層１３０は、各層間において円筒巻線の軸方向における一端側または他端側に交互に位置する接続部を介して接続されることにより直列に接続されている。
【００１９】
具体的には、第１巻線層１３１においては、円筒巻線は入力側線路端１６０に繋がっている円筒巻線１３１Ａから順に図中の下方に向けて最下端の円筒巻線１３１Ｚまでスペーサ１２３に巻き回されている。第２巻線層１３２においては、円筒巻線は最下端に位置する円筒巻線１３２Ａから順に上方に向けて最上端の円筒巻線１３２Ｚまでスペーサ１２２に巻き回されている。
【００２０】
このように、第１巻線層１３１から第６巻線層１３６まで円筒巻線が各層毎に上下に交互にスペーサ１２０に巻き回されることによって円筒巻線層１３０が構成されている。
【００２１】
円筒巻線層１３０において互いに隣接する層の上端または下端に位置する円筒巻線同士は、導電性の部材からなる接続部によって電気的に接続されている。具体的には、第１巻線層１３１に位置する円筒巻線１３１Ｚと第２巻線層１３２に位置する円筒巻線１３２Ａとが接続部１７０を介して接続されている。その他の各層間の円筒巻線も、接続部１７０を介して接続されている。
【００２２】
以下、円筒巻線層１３０の層間に発生する電圧について説明する。
図４は、本実施形態の多重円筒巻線の第１巻線層と第２巻線層との一部を示す断面図である。図５は、スペーサの一部に欠けがある場合の状態を示す上面図である。
【００２３】
図４に示すように、円筒巻線は銅線１３８の周囲を絶縁紙１３９が覆う構造を有している。上述の通り、円筒巻線１３１Ｚと円筒巻線１３２Ａとは接続部１７０によって接続されているため、円筒巻線１３１Ｚと円筒巻線１３２Ａと間に電位差は生じない。一方、円筒巻線１３１Ａと円筒巻線１３２Ｚとは接続されていないため、円筒巻線１３１Ａと円筒巻線１３２Ｚとの間には電位差Ｖが生じる。
【００２４】
電位差Ｖは、層間に位置するスペーサ１２２に印加される。そのため、スペーサ１２２は、電位差Ｖに耐えうる絶縁耐圧を有する必要がある。
【００２５】
多重円筒巻線１には、雷インパルスが作用することがある。雷インパルスが入力側線路端１６０に印加された場合、入力側線路端１６０の最も近くに位置する円筒巻線１３１Ａと円筒巻線１３２Ｚとの間の電位差Ｖが高電圧になる。そのため、スペーサ１２２を仮に絶縁紙を使用した場合、スペーサ１２２の厚さｄを厚くすることにより絶縁距離を確保する必要がある。または、電位差Ｖが発生する場所に、絶縁部材を配置する必要がある。このようにした場合、多重円筒巻線１００の小型化の障害となり、また、構造が複雑になって装置コストが増加するため好ましくない。
【００２６】
本実施形態においては、スペーサ１２２を絶縁耐力が絶縁紙より高いポリプロピレンで形成したため、雷インパルスなどの要因による高電圧の電位差Ｖに耐える絶縁耐圧を維持しつつスペーサ１２２の厚さｄを薄くすることができる。その結果、多重円筒巻線１の小型化を図ることができる。
【００２７】
図５に示すように、仮にスペーサ１２２に欠けが存在した場合、スペーサ１２２と第１巻線層１３１との間に微小油隙部１５１が形成されることになる。スペーサ１２２を絶縁紙で形成した場合、絶縁油１５０と絶縁紙とは誘電率が約１：２であるため、スペーサ１２２に高電圧Ｖが印加された場合、微小油隙部１５１における電界Ｅが周囲の絶縁油１５０より高くなって、局所的に絶縁が破壊されることがある。
【００２８】
ポリプロピレンは絶縁油１５０と誘電率が略同等であるため、微小油隙部１５１に発生する電界Ｅが高くなることを防止することができる。本実施形態においては、ポリプロピレン製のスペーサ１２２を使用するため、スペーサ１２０の絶縁性能を向上することができ、多重円筒巻線１の信頼性を向上することができる。
【００２９】
以下、本発明の実施形態２に係る多重円筒巻線について説明する。
(実施形態２)
本実施形態は、ポリプロピレンで形成するスペーサの一部を絶縁紙とした点のみ実施形態１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００３０】
図６は、本発明の実施形態２に係る多重円筒巻線における第１巻線層と第２巻線層との一部を示す断面図である。
【００３１】
第１巻線層に位置する円筒巻線と第２巻線層に位置する円筒巻線層との間に発生する電位差は、入力側線路端と繋がっている円筒巻線１３１Ａと円筒巻線１３２Ｚとの間が最も高く、円筒巻線層１３０の軸方向下方に行くに従って低くなり、円筒巻線１３１Ｚと円筒巻線１３２Ａとの間で０となる。
【００３２】
そのため、本実施形態においては、層間の電位差が高い部分１２２ａのみポリプロピレンを用いてそれ以外の部分１２１ａは絶縁紙でスペーサを形成している。言い換えると、スペーサは、円筒巻線層１３０の軸方向において、接続部１７０側は絶縁紙で形成され、かつ、接続部１７０側とは反対側はポリプロピレンで形成されている。なお、ポリプロピレンと絶縁紙とは、油に耐性を有する接着剤で接合されている。
【００３３】
このようにすることにより、高い絶縁圧力が必要な部分のみポリプロピレンを用いて絶縁耐力を維持しつつ、ポリプロピレンの使用量を削減してさらに装置コスト低減を図ることができる。
【００３４】
本実施形態においては、互いに対向している第１巻線層に位置する円筒巻線と第２巻線層に位置する円筒巻線との間に発生する電位差が、互いに対向して円筒巻線層１３０の軸方向において最も入力側線路端１６０の近くで第１巻線層に位置する円筒巻線１３１Ａと第２巻線層に位置する円筒巻線１３２Ｚとの間に発生する電位差の１０％以上である部分においてポリプロピレンで形成され、それ以外の部分において絶縁紙で形成されている。この構成により、スペーサによる絶縁圧力を維持しつつ、スペーサのコスト削減を図ることができる。なお、ポリプロピレンと絶縁紙とからなるスペーサは、少なくとも１つ配置されていればよい。
【００３５】
以下、スペーサの材料としてプレスボードまたはポリプロピレンを用いた場合の比較実験例を説明する。
【００３６】
(実験例)
図７は、本実験例の構成を示す断面図である。図８は、本実験例の結果を示すグラフであり、縦軸に沿面破壊電圧、横軸にスペーサの種類を示している。
【００３７】
図７に示すように、本実験例においては、銅線１３８を絶縁紙１３９で被覆した巻線１９０と巻線１９１との間にスペーサ１９２を配置した状態で絶縁油１５０を浸漬した。スペーサは、プレスボードから形成されたものとポリプロピレンから形成されたものとの２種類を用意した。
【００３８】
２種類のスペーサのいずれかを配置した状態で、巻線１９０と巻線１９１との間に電圧を印加して沿面破壊電圧を計測した。図８に示すように、実験結果の平均値において、プレスボードを用いて形成したスペーサに比べてポリプロピレンを用いて形成したスペーサは沿面破壊電圧が約１０％高くなった。
【００３９】
この結果から、ポリプロピレンからなるスペーサを用いることにより、約１０％の絶縁性能の向上を図れることが実証された。
【００４０】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１，１００  多重円筒巻線、１１０  絶縁筒、１２０，１２１，１２２，１２３，１９２  スペーサ、１３０  円筒巻線層、１３１  第１巻線層、１３１Ａ，１３１Ｚ，１３２Ａ，１３２Ｚ  円筒巻線、１３２  第２巻線層、１３３  第３巻線層、１３４  第４巻線層、１３５  第５巻線層、１３６  第６巻線層、１３８  銅線、１３９  絶縁紙、１５０  絶縁油、１５１  微小油隙部、１６０  入力側線路端、１６１  出力側線路端、１７０  接続部、１９０，１９１  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】
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【図８】
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