(57)【要約】【課題】注型樹脂内のボイドの発生を低減させつつ、圧力を高くすることにより、部分放電の発生を抑える。【解決手段】導体１０ａが巻回されることにより形成されたコイル１０を、雰囲気圧力が５０ｋＰａから大気圧の範囲で、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である熱硬化性の注型樹脂１４により注型する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体が巻回されることにより形成されたコイルと、
前記コイルを注型し、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である熱硬化性の注型樹脂と、
を有することを特徴とする注型コイル。
【請求項２】
前記注型樹脂は、常温での硬化が可能であり、常温硬化後のガラス転移温度が常温以上であることを特徴とする請求項１記載の注型コイル。
【請求項３】
前記注型樹脂内のボイドにおいて、前記コイルへの電圧印加により生じる導体間の電位差が、最低火花電圧未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の注型コイル。
【請求項４】
前記注型樹脂の外側が、エポキシ化合物により成型されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の注型コイル。
【請求項５】
導体が巻回されることにより形成されたコイルを、雰囲気圧力が５０ｋＰａから大気圧の範囲で、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である熱硬化性の注型樹脂により注型することを特徴とする注型コイルの製造方法。
【請求項６】
前記注型樹脂を型に注入後に、雰囲気圧力を０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａの範囲で加圧することを特徴とする請求項５記載の注型コイルの製造方法。
【請求項７】
型を予熱せずに、注型することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の注型コイルの製造方法。
【請求項８】
離型後の注型樹脂の二次硬化をしないことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の注型コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、導体を樹脂で注型する注型コイル及び注型コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
注型コイルは、導体であるコイルを金型内において樹脂により注型して製造される。例えば、計器用変成器やモールド変圧器などの重電用モールドコイルは、注型コイルである。注型コイルを用いた機器は、使用時に部分放電が発生すると寿命が低下する。部分放電は、注型樹脂内におけるボイドに発生する。このため、部分放電を防ぐためには、ボイドの発生を抑制する必要がある。ボイドとは、注型樹脂によって埋まらない空隙である。このボイドには、空気等の気体の混入による気泡、真空充填時に埋まらない空間となる真空泡を含む。
【０００３】
一般的には、ボイドの生成を抑えるために、十分に真空排気して注型している。ただし、金型内を真空に保つためには、十分なシール構造が必要となる。また、十分な真空度に達成するまで排気するには長時間を要する。このため、注型コイルの製造には、コストと時間がかかっていた。
【０００４】
さらに、コイルの巻き方によっては、完全に樹脂を含浸させることは困難である。このため、コイルを構成する導体間に、雰囲気中の気体が残留することがある。ここでいう気体は空気である。このようにコイル内部に発生したボイド内の圧力がある範囲にあると、パッシェン則により、部分放電が発生する電圧が最も低くなることが分かっている。この部分放電が発生する電圧を火花電圧という。また、最も低い火花電圧をパッシェンミニマム又は最低火花電圧という。
【０００５】
最低火花電圧が低い値の場合、部分放電が発生する可能性は高くなる。パッシェン則によると、ある圧力範囲に最低火花電圧が存在する。このため、ボイド内の圧力を、当該圧力範囲よりも低い圧力か、高い圧力とすることにより、最低火花電圧を避けることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
注型樹脂の含浸性を高めるためには、より低い圧力で注型樹脂を注入することが望ましい。しかし、注型樹脂に残留したボイド内の圧力は、注型処理中の雰囲気圧力の他、注型樹脂からの揮発成分、水分、構造的要因、処理時の温度など、複数の要因が関係して定まる。このため、ボイド内の圧力は、注入時の圧力にある程度依存するが、他の要因によっても変化する。すると、火花電圧が極小値となる圧力範囲よりも低い圧力で樹脂注入しても、他の要因によりボイド内の圧力が上昇した場合、むしろ火花電圧が発生しやすい圧力に接近してしまう可能性がある。
【０００８】
さらに、注型コイルのように、絶縁物で密閉された絶縁系では、電圧の印加から放電の発生までに時間差が生じる部分放電遅れ現象もある。このため、安定的に部分放電発生を抑えることが困難であった。
【０００９】
本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題を解決するために提案されたものであり、その目的は、注型樹脂内のボイドの発生を低減させつつ、圧力を高くすることにより、部分放電の発生を抑えることができる注型コイル及び注型コイルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態である注型コイルは、上記のような目的を達成するために提案されたものであり、導体が巻回されることにより形成されたコイルと、前記コイルを注型し、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である熱硬化性の注型樹脂とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の実施形態である注型コイルの製造方法は、導体が巻回されることにより形成されたコイルを、雰囲気圧力が５０ｋＰａから大気圧の範囲で、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である熱硬化性の注型樹脂により注型することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の注型コイルの一部を示す断面図
【図２】ギャップ長の相違に応じた火花電圧と圧力特性の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
［構成］
本実施形態の注型コイル１の構成を、図１を参照して説明する。注型コイル１は、コイル１０及び注型樹脂１４を有する。コイル１０は、導体１０ａが巻回されることにより形成されている。コイル１０における導体１０ａの一巻きをターンと呼び、巻回された導体１０ａを巻線と呼ぶ。図１において、導体１０ａの巻回の仮想的な軸を一点鎖線で示す。隣り合う導体１０ａ間は、絶縁されている。
【００１４】
コイル１０は、軸を同心として導体１０ａが多層の筒状となるように巻回された多層構造となっている。コイル１０における各層間は、筒状の層間絶縁物１３により絶縁されている。
【００１５】
注型樹脂１４は、コイル１０を注型している熱硬化性の合成樹脂である。ここでいう熱硬化性とは、硬化後に加熱しても再び軟化することがない性質をいう。この注型樹脂１４は、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である。また、注型樹脂１４は、常温での硬化が可能であり、常温硬化後のガラス転移温度が常温以上である。さらに、注型樹脂１４は、２液硬化型である。
【００１６】
また、注型樹脂１４内に発生するボイド１５において、コイル１０への印加電圧により生じる導体１０ａ間の電位差が、最低火花電圧以下である。層間の導体１０ａの間では電位差が存在する。この電位差が、最低火花電圧よりも高いと部分放電が発生する。但し、注型樹脂１４で封入されている箇所では部分放電は発生せず、ボイド１５において発生する。そこで、ボイド１５における導体１０ａ間の電位差を最低火花電圧未満としている。
【００１７】
［作用効果］
以下、本実施形態の作用効果を、注型コイルの製造方法に沿って説明する。なお、図１において、１１は注型コイル１の外側に近い外部側であり、１２は注型コイル１の内部側である。また、１６は、ボイド１５におけるターン数を示す。
【００１８】
（基本工程）
まず、導体１０ａを、層間に層間絶縁物１３を挟み込みながら巻回することにより、コイル１０を形成する。そして、コイル１０を金型に収容し、導体１０ａの周囲に注型樹脂１４を注入して硬化させる。
【００１９】
（圧力）
一般的な注型は、排気減圧して真空雰囲気下で行う。但し、層間絶縁物１３の存在により、排気減圧時に十分な真空に達しなかったり、注型樹脂１４の流れが阻害されることにより、ボイド１５が発生する場合がある。
【００２０】
ボイド１５での部分放電の発生電圧は、図２に示す破壊電圧曲線のグラフのように、圧力に応じて変化する。このグラフは、平板により外部から注型樹脂１４に加える圧力を、１００Ｐａから１００００００Ｐａまで変化させて行き、１．００ｍｍ、０．４０ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．０４ｍｍの異なるギャップ長のボイド１５についての火花電圧を測定した結果である。この圧力は、ボイド１５内の圧力に反映する。
【００２１】
火花電圧を高くすることにより、部分放電の発生を抑えるためには、ボイド１５内の圧力を、破壊電圧曲線の極小値より低い値とすることは、上記の通り問題がある。そこで、ボイド１５内の圧力は、破壊電圧曲線の極小値よりも高い値とする必要がある。また、他の要因による圧力の変動を考慮すると、ボイド１５内の圧力をさらに高くすることが望ましい。ボイド１５内の圧力は、注型樹脂１４の注入時の圧力に依存すると考えらえる。このため、注入時の圧力を高くすることが有効である。また、ボイド１５のギャップ長を短くする方法も考えられる。
【００２２】
このように、注型樹脂１４のボイド１５内の圧力を高くすることにより、部分放電発生を抑えることができる。しかし、一方で、圧力を高くすると、注型樹脂１４が内部まで含浸し難くなるため、内部に残留するボイド１５の体積が大きくなる。すると、次のような問題が生じる。
【００２３】
導体１０ａを多層に巻回した注型コイル１においては、一定の電位／ターン数の割合で、巻線の電位が下がっていく。コイル１０におけるターン数１６が増すにつれて、層間絶縁物１３を挟んだ導体１０ａ間の電位差は大きくなる。特に、内部側１２側から外部側１１に行くほど、電位差が大きくなる。また、電位傾度は、導体１０ａ間の電位差を層間絶縁物１３の厚みで除することで定まる。従って、内部に残留したボイド１５の体積が大きくなるほど、ボイド１５に含まれるターン数１６が大きくなり、それが外部側１１に行くほど、導体１０ａ間の電位差が大きく、電位傾度が高くなる。このため、ボイド１５の体積が大きいと、部分放電の発生確率が上昇してしまう。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、注型樹脂１４として、１０℃から３５℃における粘度が０．０１Ｐａ・ｓ〜２Ｐａ・ｓの範囲である低粘度の熱硬化性樹脂を使用する。そして、注型時の雰囲気圧力を５０ｋＰａから大気圧の範囲とする。このように、注型時の圧力を高くして、最低火花電圧を高い値とするともに、低粘度の注型樹脂１４によりコイル１０の外部側１１から内部側１２まで含侵され易くなる。
【００２５】
このため、発生するボイド１５がより内部側１２となって体積が狭くなり、ボイド１５に含まれる導体１０ａのターン数１６が小さくなるので、導体１０ａ間の電位差を最低火花電圧未満にして、部分放電の発生を抑えることができる。上記のように、電位傾度は電位差を層間絶縁物１３の厚みで除することで定まるため、ボイド１５の電位傾度が低くなると、層間絶縁物１３の厚さを薄くすることができる。従って、注型コイル１を含む機器全体を小型化することができる。
【００２６】
また、注型樹脂１４の注入後に、さらに雰囲気圧力を加圧することにより、ボイド１５に含まれるターン数１６を小さくすることができ、上記の効果を高めることができる。注型樹脂１４が低粘度であるため、この加圧は、さらに有効となる。この圧力は、例えば、０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａの範囲とすることが望ましい。
【００２７】
（温度）
本実施形態に用いられる注型樹脂１４は、粘性が低い。このため、従来、粘性を低くするために必要であった金型の予熱が不要となる。また、注型樹脂１４は常温で硬化する。常温硬化後に、樹脂のガラス転移温度が常温以上の値までに到達していれば、二次硬化の必要もなくなる。このため、硬化のために加熱する硬化炉も必要がなくなる。従って、設備の低減や工数削減によるコストダウンが可能となる。
【００２８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態は、上記の注型樹脂１４の外側が、さらにエポキシ化合物により成型されている。エポキシ化合物としては、以下のようなものが適用可能である。
【００２９】
エピクロルヒドリンとビスフェノール類などの多価フェノール類や多価アルコールとの縮合によって得られるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂などのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、エピクロルヒドリンとカルボン酸との縮合によって得られるグリジジルエステル型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネートやエピクロルヒドリンとヒダントイン類の反応によって得られるヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環式エポキシ樹脂などを挙げることができる。また、これらのエポキシ化合物を２種類以上組み合わせることも可能である。
【００３０】
以上のような本実施形態によれば、注型樹脂１４の機械的強度が若干足りない場合があっても、エポキシ化合物で外側を成型することにより、注型樹脂１４の硬化後の機械特性を補って、製品の強度を高めることができる。
【００３１】
［他の実施形態］
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００３２】
１  注型コイル
１０  コイル
１０ａ  導体
１１  外部側
１２  内部側
１３  層間絶縁物
１４  注型樹脂
１５  ボイド
１６  ターン数
【図１】
2017152526.tif 000003
【図２】
2017152526.tif 000004