(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体を筒状に且つ複数層重ねるように巻回して構成された多重筒状巻線であって、導体層間に巻線冷却用の冷媒を流す冷媒流路を設け、この冷媒流路のうちの導体層間に生ずる電圧差が大きい部分に対応する部分の厚み寸法を厚くし、前記冷媒流路のうちの導体層間に生ずる電圧差が小さい部分に対応する部分の厚み寸法を薄くするように構成した静止誘導機器用巻線において、
前記冷媒流路を導体層間に確保するための棒状のダクトピースを、導体層間に軸方向に沿って延びるように配設すると共に、
前記ダクトピースの厚み寸法を段階的に変化させるように構成し、
前記ダクトピースを、板状部材を積層して構成し、更に、
前記ダクトピースの板状部材のうちの外側の導体層に近接する板状部材を、前記ダクトピースの段差部分を跨ぐように配設したことを特徴とする静止誘導機器用巻線。
【請求項２】
前記ダクトピースは、市販の板状部材を積層して構成されていると共に、
前記ダクトピースの段差を、前記板状部材の厚み寸法にほぼ等しくなるように構成したことを特徴とする請求項１記載の静止誘導機器用巻線。
【請求項３】
前記ダクトピースの板状部材のうちの一部分は、それ以外の板状部材よりも耐熱性の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の静止誘導機器用巻線。
【請求項４】
導体を筒状に且つ複数層重ねるように巻回して構成された多重筒状巻線であって、導体層間に巻線冷却用の冷媒を流す冷媒流路を設け、この冷媒流路のうちの導体層間に生ずる電圧差が大きい部分に対応する部分の厚み寸法を厚くし、前記冷媒流路のうちの導体層間に生ずる電圧差が小さい部分に対応する部分の厚み寸法を薄くするように構成した静止誘導機器用巻線において、
前記冷媒流路を導体層間に確保するための棒状のダクトピースを、導体層間に軸方向に沿って延びるように配設すると共に、
前記ダクトピースの厚み寸法を段階的に変化させるように構成し、
前記ダクトピースを、板状部材を積層して構成し、更に、
前記ダクトピースの板状部材を積層する場合に、前記板状部材のうちの最も長いもの以外のものを長い順に内側から外側へ積層し、前記最も長いものを最も外側に前記ダクトピースの段差部分を跨ぐように積層したことを特徴とする静止誘導機器用巻線。
【請求項５】
前記ダクトピースは、市販の板状部材を積層して構成されていると共に、
前記ダクトピースの段差を、前記板状部材の厚み寸法にほぼ等しくなるように構成したことを特徴とする請求項４記載の静止誘導機器用巻線。
【請求項６】
前記ダクトピースの板状部材のうちの一部分は、それ以外の板状部材よりも耐熱性の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の静止誘導機器用巻線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば変圧器等に使用されるものであって、多重円筒巻線または多重角筒巻線と称される巻線構成を備えた静止誘導機器用巻線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多重円筒巻線の一例を、図１０に示す。この図１０に示すように、導体１を巻線軸方向に沿って並ぶように円筒状に巻回して１つの導体層２を形成すると共に、この導体層２の外側に必要に応じてシート状の層間絶縁物３を介して次の導体層２を巻回して形成し、以下、必要とするターン数に達するまで複数の導体層２を同心円筒状に重ねることにより、多重円筒巻線４を構成している。この多重円筒巻線４は、サージ電圧侵入時の電位分布が均一で電位振動が小さいという優れた特性を有していると共に、巻線の巻回の自動化が容易なため、小形変圧器は勿論大型の電力用変圧器にも使用されている。ここで、巻線が大型化した場合には、図１０に示すように、導体層２間に巻線冷却用の冷媒を流す冷媒流路５を設けている。この冷媒流路５は、棒状のダクトピース６を導体層２間に配設することにより形成されている。
【０００３】
図１１は、上記多重円筒巻線４の断面図である。この図１１に示す構成の場合、巻線の内側から５個の導体層２（即ち、第１層、第２層、第３層、第４層、第５層）を重ねて巻回している。この場合、第１層は導体１を上方から下方に向かって巻回して形成されており、その後、渡り部７にて第２層へ渡り、第２層は導体１を下方から上方に向かって巻回して形成されている。以下、同様にして、第３層は上方から下方へ、第４層は下方から上方へ、第５層は上方から下方へ巻回している。そして、導体層２間には、冷媒流路５を適宜設けている。
【０００４】
上記構成の多重円筒巻線４においては、第１層と第２層間では、巻線の上端に（２層分の巻回数）×（１巻回当たりの誘起起電力）の電位差（電圧差）が生じ、下端には電位差が生じない。これに対して、第２層と第３層間では、巻線の下端に電位差が生じ、上端には電位差が生じない。このため、高電圧の多重円筒巻線４では、層間絶縁物３や冷媒流路５の厚み寸法を、電位差が生ずる側を厚くし、電位差が生じない側を薄くして、巻線の巻径寸法をできるだけ小さくするように構成している。
【０００５】
ところで、導体層２間の絶縁性能について、層間絶縁物３と冷媒流路５を比較すると、層間絶縁物３が固体絶縁であるのに対して、冷媒流路５内を流れる冷媒は絶縁油等の液体や空気等の気体であるため、層間絶縁物３の方が絶縁性能が優れている。従って、同じ絶縁強度を得るためには、層間絶縁物３よりも冷媒流路５の厚み寸法（絶縁距離）を厚くする必要がある。
【０００６】
また、層間絶縁物３を用いたときに、絶縁上の最弱点となるのは、最大電位差を生ずる端部で電界が集中する部分であり、具体的には、図１２にてａで示すくさびギャップ部である。このため、層間絶縁物３の厚み寸法は、くさびギャップ部の電界が絶縁破壊許容値以下となるように決める。このようにして決めた層間絶縁物３の最大厚みは、層間絶縁物３の貫通絶縁破壊強度よりもはるかに大きいことから、層間の電位差に従って層間絶縁物３の厚さを変える際には、層間絶縁物３を構成するシートの枚数を、厚い側は多くなるように、薄い側は少なくなるように適宜変更するだけで、絶縁上問題となることはなかった。
【０００７】
一方、冷媒流路５においては、図１２に示すような、くさびギャップ形状がないので、冷媒流路５の絶縁強度はその厚さにより一義的に決まる。そして、冷媒流路５の厚みを変えるに際しては、ダクトピース６の厚み寸法に傾斜を設けて、最大厚から一定率で厚みを減ずる構成が採用されている。ここで、ダクトピース６の厚み寸法に傾斜を設ける方法として、図１３に示す方法と、図１４に示す方法とが採用されている。
【０００８】
図１３に示す方法では、ダクトピース６を板状部材である原板８の積層体から切り出す際に、切断線Ｓ１で示すように、所定の傾斜を設けている。これに対して、図１４に示す方法では、原板８の積層体から切断線Ｓ２に沿って切り出したダクトピースに対して、機械加工（例えば切削加工）を行うことにより、傾斜面６ａを設け、ダクトピース６の厚み寸法に所定の傾斜を設けている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ダクトピース６は、板状部材である例えば原板８を積層して構成されているので、図１３に示す方法で製作されたダクトピース６を前記した多重円筒巻線４に使用すると、ダクトピース６の原板８の積層方向が導体層２間の電位差方向に沿う方向となる。このため、ダクトピース６の耐電圧性能が低下するという不具合があった。
【００１０】
一方、図１４に示す方法で作成されたダクトピース６を前記多重円筒巻線４に使用すると、ダクトピース６の原板８の積層方向が導体層２間の電位差方向と直交するので、ダクトピース６の絶縁性能が向上し、耐電圧性能が高くなる。しかし、図１４に示す方法の場合、機械加工により積層部材を切削する構成であるので、材料の歩留まりが低下するという不具合があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ダクトピースの耐電圧性能を十分高くすることができると共に、材料の歩留まりの低下を防止することができる静止誘導機器用巻線を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の静止誘導機器用巻線は、導体を筒状に且つ複数層重ねるように巻回して構成された多重筒状巻線であって、導体層間に巻線冷却用の冷媒を流す冷媒流路を設け、この冷媒流路のうちの導体層間に生ずる電圧差が大きい部分に対応する部分の厚み寸法を厚くし、前記冷媒流路のうちの導体層間に生ずる電圧差が小さい部分に対応する部分の厚み寸法を薄くするように構成した静止誘導機器用巻線において、前記冷媒流路を導体層間に確保するための棒状のダクトピースを、導体層間に軸方向に沿って延びるように配設すると共に、前記ダクトピースの厚み寸法を段階的に変化させるように構成し、前記ダクトピースを、板状部材を積層して構成し、更に、前記ダクトピースの板状部材のうちの外側の導体層に近接する板状部材を、前記ダクトピースの段差部分を跨ぐように配設したところに特徴を有する。
【００１３】
上記構成によれば、ダクトピースの厚み寸法を段階的に変化させるように構成し、前記ダクトピースを、板状部材を積層して構成し、更に、前記ダクトピースの板状部材のうちの外側の導体層に近接する板状部材を、前記ダクトピースの段差部分を跨ぐように配設したので、ダクトピースの板状部材の積層方向を導体層間の電位差方向と直交するように構成しながら、板状部材の積層枚数を適宜変えるだけで済み、切削等の機械加工が不要になる。従って、ダクトピースの耐電圧性能を十分高くすることができると共に、材料の歩留まりの低下を防止することができる。
【００１４】
また、上記構成の場合、前記ダクトピースを、市販の板状部材を積層して構成すると共に、前記ダクトピースの段差を、前記板状部材の厚み寸法にほぼ等しくするように構成することが好ましい。更に、前記ダクトピースの段差部分の端部に、テーパ面部を設けることが良い構成である。
【００１６】
また、前記ダクトピースの板状部材のうちの一部分を、それ以外の板状部材よりも耐熱性の高い材料で構成することが良い構成である。
【００１７】
一方、前記ダクトピースの板状部材を積層する場合に、前記板状部材のうちの最も長いもの以外のものを長い順に内側から外側へ積層し、前記最も長いものを最も外側に前記ダクトピースの段差部分を跨ぐように積層することが良い構成である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を多重円筒巻線に適用した第１の実施例について、図１ないし図３を参照しながら説明する。尚、従来構成（図１０及び図１１）と同一部分には、同一符号を付している。即ち、多重円筒巻線４は、導体１を円筒状に巻回して１つの導体層２を形成すると共に、この導体層２を複数層重ねることにより構成されている。複数の導体層２の間には、シート状の層間絶縁物３と、巻線冷却用の冷媒を流す冷媒流路５とが必要に応じて設けられている。
【００１９】
さて、図１は、本実施例の多重円筒巻線４の断面図である。この図１に示すように、第１層の導体層２と第２層の導体層２との間に冷媒流路５ａが設けられ、第２層の導体層２と第３層の導体層２との間に冷媒流路５ｂが設けられている。この場合、冷媒流路５ａは、その上部（導体層間の電位差が大きい部分に対応する部分）が厚くなると共に、下部（導体層間の電位差が小さい部分に対応する部分）が薄くなるように、厚み寸法（巻線の径方向の寸法）が例えば３段階に変化されている。同様にして、冷媒流路５ｂは、その上部（層間の電位差が小さい部分に対応する部分）が薄くなると共に、下部（層間の電位差が大きい部分に対応する部分）が薄くなるように、厚み寸法が例えば３段階に変化されている。
【００２０】
ここで、導体層２間に発生する電位差と、絶縁上冷媒流路５が有すべき厚さ寸法との関係を、図２に示す。この図２において、斜めの直線Ａは、絶縁上必要とされる冷媒流路５の最小厚み寸法を示している。また、横線の直線Ｂは、冷却のために必要な冷媒流路５の最小厚み寸法を示している。そして、階段状の線Ｃは、本実施例の冷媒流路５ａの厚み寸法の変化を示している。この図２から、本実施例の冷媒流路５ａの厚み寸法は、冷却のために必要な冷媒流路５の最小厚み寸法以上あると共に、絶縁上必要とされる冷媒流路５の最小厚み寸法以上あることがわかる。
【００２１】
また、第１層の導体層２と第２層の導体層２との間には、冷媒流路５ａを確保するために、棒状のダクトピース１１（図３参照）が上記導体層２、２間に巻線の軸方向に沿って延びるように配設されている。上記ダクトピース１１は、その厚み寸法（巻線の径方向の寸法）が段階的に変化されている。具体的には、ダクトピース１１の上部が厚くなると共に、下部が薄くなるように、ダクトピース１１の厚み寸法は例えば３段階に変化されている。
【００２２】
上記ダクトピース１１の具体的構成を、図３に示す。この図３に示すように、ダクトピース１１は、板状部材である例えば原板１２を積層して構成されている。この場合、大きさが異なる３種類の原板１２ａ、１２ｂ、１２ｃを２枚ずつ積み重ねている。ここで、原板１２ａの図３中上下方向の寸法は、ダクトピース１１の上下方向の寸法にほぼ等しく設定されている。原板１２ｂの上下方向の寸法は、ダクトピース１１の上段の凸部と中段の凸部を合わせたものの上下方向の寸法にほぼ等しく設定されている。原板１２ｃの上下方向の寸法は、ダクトピース１１の上段の凸部の上下方向の寸法にほぼ等しく設定されている。尚、原板１２としては、従来構成のダクトピースに使用する原板と同じ材質のものを使用すれば良い。
【００２３】
そして、上記３種類の原板１２ａ、１２ｂ、１２ｃを２枚ずつ積み重ねた積層部材を切断線Ｓ３で切断する（切り出す）ことにより、１個のダクトピース１１が製造されるように構成されている。この構成の場合、ダクトピース１１の段差は、原板１２の２枚分の厚さ寸法に等しく設定されている。そして、上記積層部材を同様にして切断していくことにより、多数のダクトピース１１を製造することができる。
【００２４】
このような構成の本実施例においては、ダクトピース１１の厚み寸法を段階的に変化させるように、具体的には、３段階に変化させるように構成した。これにより、ダクトピース１１の原板１２の積層方向を導体層２間の電位差方向と直交するように構成しながら、原板１２の積層枚数を変えるだけで済み、切削等の機械加工を不要にすることができる。従って、ダクトピース１１の耐電圧性能を十分高くすることができると共に、従来技術（図１４参照）とは異なり、材料の歩留まりの低下を防止することができる。
【００２５】
尚、上記実施例では、ダクトピース１１の段差を、原板１２の２枚分の厚さ寸法に等しく設定したが、これに限られるものではなく、原板１２の１枚分または３枚分以上の厚さ寸法に等しく設定しても良い。要は、必要とするダクトピース１１の段差の寸法と、使用する原板１２の厚さ寸法とに応じて、原板１２の枚数を適宜決めれば良い。
【００２６】
また、上記実施例では、ダクトピース１１の厚み寸法を３段階に変化させるように構成したが、これに代えて、２段階または４段階以上に変化させるように構成しても良い。更に、上記実施例では、２つの導体層２の間にダクトピース１１を直接配置するように、即ち、ダクトピース１１の上に導体層２を直接巻回するように構成したが、これに代えて、ダクトピース１１と導体層２との間にシート状の絶縁物を介在させるように構成しても良い。
【００２７】
図４は本発明の第２の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第２の実施例では、図４に示すように、ダクトピース１１の段差を、板状部材である市販の原板１３の標準板厚（厚み寸法）にほぼ等しく設定した。この構成によれば、ダクトピース１１の段数に等しい枚数の原板１３、例えば３枚の原板１３ａ、１３ｂ、１３ｃを積層することにより、ダクトピース１１を構成することができる。従って、ダクトピース１１の製造工程が一層簡単になる。
【００２８】
図５は本発明の第３の実施例を示すものであり、第２の実施例と異なるところを説明する。尚、第２の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第３の実施例では、図５に示すように、ダクトピース１１の段差部分の端部をテーパ加工することにより、該端部にテーパ面部１４を設けている。この構成によれば、ダクトピース１１の上に導体１を巻回する場合に、ダクトピース１１の段差部分に導体１を巻回するときも、巻回がスムーズに進む。このため、導体１を均一に巻回することができ、また、導体１の絶縁被覆がダクトピース１１の段差部分の角部で傷付くことを防止できる。
【００２９】
図６は本発明の第４の実施例を示すものであり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第４の実施例では、図６に示すように、ダクトピース１１の原板１２のうちの外側の導体層２に近接する原板１５を、ダクトピース１１の段差部分を跨ぐように配設している。
【００３０】
この構成の場合、ダクトピース１１の最も低い段を１枚の原板１２ａで構成し、その上に中段及び上段用の各２枚の原板１２ｂ及び１２ｃを積層し、更に、その上に、最も低い段の原板１２ａよりも少し長い寸法の１枚の原板１５をダクトピース１１の段差部分を跨ぐように積層している。このように構成することにより、最外層の原板１５のうちのダクトピース１１の段差部分を跨ぐ部分１５ａは、ほぼ滑らかな斜面部となる。
【００３１】
上記した第４の実施例によれば、テーパ面部１４（第３の実施例）を設けなくても、ダクトピース１１の段差部分に導体１を巻回するときに、巻回をスムーズに行うことができ、従って、導体１を均一に巻回することができ、また、導体１の絶縁被覆がダクトピース１１の段差部分の角部で傷付くことを防止できる。
【００３２】
図７は本発明の第５の実施例を示すものであり、第２の実施例と異なるところを説明する。尚、第２の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第５の実施例では、図７に示すように、ダクトピース１１の原板１２を積層する場合に、原板１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうちの最も長いもの以外のもの、即ち、原板１２ｂ、１２ｃを長い順に内側から外側へ積層し、原板１２のうちの最も長いもの、即ち、原板１２ａを最も外側にダクトピース１１の段差部分を跨ぐように積層した。
【００３３】
この構成の場合も、最外層の原板１２ａのうちのダクトピース１１の段差部分を跨ぐ部分は、ほぼ滑らかな斜面部となる。従って、上記第５の実施例によれば、テーパ面部１４（第３の実施例）を設けなくても、ダクトピース１１の段差部分に導体１を巻回するときに、巻回をスムーズに行うことができる。このため、導体１を均一に巻回することができ、また、導体１の絶縁被覆がダクトピース１１の段差部分の角部で傷付くことを確実に防止できる。更に、ダクトピース１１を構成するために必要な原板１２の枚数は、３枚のままであり、変更する必要もない。
【００３４】
図８は本発明の第６の実施例を示すものであり、第２の実施例と異なるところを説明する。尚、第２の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第６の実施例では、図８に示すように、ダクトピース１１の原板１２のうちの一部分１６を、それ以外の部分よりも耐熱性の高い材料で構成している。具体的には、ダクトピース１１の原板１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）のうちの上部１６（図８中斜線領域で示す部分）だけを、耐熱性の高い材料で構成した（尚、原板１２ｃについては、その全体を耐熱性の高い材料で構成した）。これら上部１６は、冷却媒体の温度が高くなる巻線上部に対応する部分である。
【００３５】
上記第６の実施例によれば、ダクトピース１１の耐熱性を十分高くすることができ、しかも、耐熱性の高い材料（即ち、高価な材料）の使用量をできるだけ低減することができる。
【００３６】
図９は本発明の第７の実施例を示すものであり、第４の実施例と異なるところを説明する。尚、第４の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第７の実施例では、図９に示すように、ダクトピース１１の原板のうちの最も内側の原板１２ａと最も外側の原板１５とを、耐熱性の高い材料で構成した。これら原板１２ａと原板１５は、導体層２に接触する部分、即ち、温度が高くなる部分である。従って、第７の実施例においても、第６の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【００３７】
尚、上記各実施例では、本発明を多重円筒巻線４に適用したが、これに限られるものではなく、各導体層をほぼ角筒状に巻回して成る多重角筒巻線に適用しても良い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は以上の説明から明らかなように、ダクトピースの厚み寸法を段階的に変化させるように構成したので、ダクトピースの積層部材の積層方向を導体層間の電位差方向と直交するように構成しながら、積層部材の積層枚数を変えるだけで済み、ダクトピースの耐電圧性能を十分高くすることができると共に、材料の歩留まりの低下を防止することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す多重円筒巻線の断面図
【図２】冷媒流路の厚さ寸法と巻線の高さとの関係を示す図
【図３】ダクトピースの斜視図
【図４】本発明の第２の実施例を示すダクトピースの側面図
【図５】本発明の第３の実施例を示すダクトピースの側面図
【図６】本発明の第４の実施例を示すダクトピースの側面図
【図７】本発明の第５の実施例を示すダクトピースの側面図
【図８】本発明の第６の実施例を示すダクトピースの側面図
【図９】本発明の第７の実施例を示すダクトピースの側面図
【図１０】従来構成を示す多重円筒巻線の一部破断斜視図
【図１１】多重円筒巻線の断面図
【図１２】電界集中部を示す断面図
【図１３】ダクトピースの製法の一例を示す斜視図
【図１４】ダクトピースの製法の他の例を示す斜視図
【符号の説明】
１は導体、２は導体層、３は層間絶縁物、４は多重円筒巻線（静止誘導機器用巻線）、５は冷媒流路、７は渡り部、１１はダクトピース、１２は原板、１３は原板、１４はテーパ面部、１５は原板を示す。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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