(57)【要約】  変圧器（１）が設けられており、該変圧器（１）は、絶縁材料（１３）を有する密閉容積部（１１）を有したタンク（１０）を備えており、該タンク（１０）は、当該タンク（１０）を貫通して延びる少なくとも１つの流路（２５）を含み、該少なくとも１つの流路（２５）の内部は、流路壁部（１７）によってタンク（１０）の密閉容積部（１１）から分離されている。変圧器コア（３０）が、密閉容積部（１１）の外側に設けられており、該変圧器コア（３０）は、少なくとも１つの流路（２５）を介してタンク（１０）を貫通して延びる少なくとも１つのコア脚部（３２）を含む。少なくとも１つのコイル（５０，５２）が、密閉容積部（１１）内に配置されており、該コイル（５０，５２）は、少なくとも１つの流路（２５）の周りに巻回されており、タンク（１０）は、弱導電層（４０）を含む内側壁部または外側壁部（１６）を有し、該弱導電層（４０）は、含浸材料（４４）に埋め込まれた繊維（４２）を含む。
2020507932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間周波数変圧器（１）であって、
−前記中間周波数変圧器（１）は、絶縁材料（１３）を有する密閉容積部（１１）を有したタンク（１０）を備え、前記タンク（１０）は、前記タンク（１０）を貫通して延びる少なくとも１つの流路（２５）を含み、前記少なくとも１つの流路（２５）の内部は、流路壁部（１７）によって前記タンク（１０）の前記密閉容積部（１１）から分離されており、
−前記中間周波数変圧器（１）は、前記密閉容積部（１１）の外側に設けられた変圧器コア（３０）を備え、前記変圧器コア（３０）は、前記少なくとも１つの流路（２５）を介して前記タンク（１０）を貫通して延びる少なくとも１つのコア脚部（３２）を含み、
−前記中間周波数変圧器（１）は、前記密閉容積部（１１）内に配置された少なくとも１つのコイル（５０，５２）を備え、前記少なくとも１つのコイル（５０，５２）は、前記少なくとも１つの流路（２５）の周りに巻回されており、
前記タンク（１０）は、弱導電層（４０）を含むタンク壁部（１６，１７）を有し、前記弱導電層（４０）は、含浸材料（４４）に埋め込まれた繊維（４２）を含む、
中間周波数変圧器（１）。
【請求項２】
前記弱導電層（４０）は、約１０Ωｃｍから約１０６Ωｃｍの範囲のバルク導電率を有する、
請求項１記載の変圧器（１）。
【請求項３】
前記タンク壁部（１６，１７）は、絶縁性の繊維（５２）を含有する層（５０）をさらに含む、
請求項１または２記載の変圧器（１）。
【請求項４】
前記弱導電層（４０）は、前記タンク壁部（１６，１７）の内側に設けられており、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する層（５０）は、前記弱導電層（４０）から外側に設けられている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項５】
前記タンク壁部（１６，１７）は、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する層（５０）を、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する前記層（５０）の外側に設けられた外側弱導電層（６０）と、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する前記層（５０）の内側に設けられた弱導電層（４０）と、ともに含んでいる、
請求項１から４までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項６】
前記弱導電層（４０）の導電率および任意選択的に前記外側弱導電層（６０）の導電率は、渦電流による前記タンク壁部（１６，１７）の加熱が、前記変圧器（１）の動作中に所定の閾値以下に維持されるように、好適には前記変圧器（１）によって伝送される電力の、前記加熱による消費が０．５％未満となるように構成されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項７】
前記弱導電層（４０）は、無機繊維、ポリマー繊維、金属繊維、コーティングされた繊維およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から６までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項８】
前記タンク壁部（１６，１７）は、前記タンク（１０）と周囲もしくは冷却媒体との間の熱交換を促進するために、金属を含有する導電性部品（７０）をさらに含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項９】
前記導電性部品（７０）は、前記コア脚部（３２）周りの円周方向に少なくとも１つのギャップを有するように構成され、それによって、前記コア脚部（３２）周りで閉回路ループが形成されないように構成されている、
請求項８記載の変圧器（１）。
【請求項１０】
前記変圧器（１）は、三相変圧器であり、前記タンク（１０）は、前記タンク（１０）を貫通して延びる３つの流路（２５）を含み、前記変圧器コア（３０）は、前記３つの流路（２５）を介して前記タンク（１０）を貫通して延びる３つの脚部（３２）を含む、
請求項１から９までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項１１】
前記タンク壁部（１６，１７）は、外側タンク壁部（１６）および／または内側タンク壁部（１７）であり、詳細には前記流路（２５）の流路壁部（１７）によって形成される内側タンク壁部（１７）である、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項１２】
前記タンク（１０）内の前記絶縁材料（１３）は、天然もしくは合成の絶縁性液体または天然もしくは合成の絶縁性ゲルを含み、好適には、鉱油、天然油、シリコーン油、好適にはシリコーンゲルであるゲル、エステル液およびそれらの組み合わせからなるリストからの少なくとも１つを含む、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項１３】
前記タンク（１０）は、接地接続させるための接地コンタクト（８０）を含み、前記接地コンタクトは、前記弱導電層（４０）および／または前記導電性部品（７０）に電気的に接続される、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項１４】
前記変圧器（１）は、含浸材料（４４）に、好適には樹脂に埋め込まれた繊維（４２）を含む弱導電層（４０）を各々含んだ上部プレート（３７）と、底部プレート（３６）と、を有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【請求項１５】
前記変圧器（１）は、中間周波数変圧器、詳細には１ｋＨｚから２００ｋＨｚの周波数範囲で使用するための中間周波数変圧器である、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の変圧器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧用途のための変圧器、詳細にはドライコアを備えた液体絶縁またはゲル絶縁された変圧器に関し、より詳細には中間周波数変圧器のような変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体変圧器（ＳＳＴ）は、将来的なＤＣ用途において重要な役割を果たすことが期待されている。例として、中間電圧ＤＣ（ＭＶＤＣ）グリッド、洋上ウィンドファーム用の収集グリッド、太陽光発電（ＰＶ）設備用の収集グリッド、船舶上の電力グリッドなどがある。ＭＶＤＣ用途用のＳＳＴは、低電圧（ＬＶ）側で並列に接続され、高電圧（ＨＶ）側で直列に接続された複数のセルからなる。各コンバータセルは、典型的にはＤＣ／ＡＣインバータ、中間周波数変圧器、およびＡＣ／ＤＣ整流器からなっている。ＨＶ側のコンバータセルの直列接続のために、これらのセルの少なくとも一部では、変圧器のＨＶ巻線と接地コアとの間に（出力側）ＤＣ高電圧の全量が存在し、これは、例えば高い絶縁要求を生じさせる結果となる。
【０００３】
上記のような用途、および他の多くの用途において、ドライコアを備えた液体絶縁またはゲル絶縁された中間周波数変圧器（ＭＦＴ）はますます重要性が高まっている。特徴的には、巻線のみがタンク内の絶縁材料に浸されており、それに対してコアはタンクの外側に設けられている。コアの脚部は、タンク容積部に流体連通していない流路を介してタンクを貫通して延びている。この構想は、最小限の絶縁媒体量を要するコンパクトな変圧器を可能にする。軽量であることに加えて、この構想は、火災や発煙の危険性の低減にも役立っている。そのような変圧器では、オイルタンクは典型的にはトロイダル形状を有し、コア脚部周りにループを形成する。タンク内でのループ大電流の誘導を回避するために、タンクは、コア周りに高導電率のループを形成してはならない。これは、全金属製のタンクの可能性を排除する。
【０００４】
上記したタンク内での不所望な大電流の誘導を回避するための手段は、全体が誘電材料からなるタンクを構築することである。それにより、タンク内での大電流の誘導は回避される。しかしながらそのような解決手段には改善の余地がある。上記を考慮すれば、本発明のニーズが存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記を考慮して、請求項１による変圧器が提供されている。
【０００６】
第１の態様によれば、変圧器が提供されている。この変圧器は、絶縁材料を有する密閉容積部を有したタンクを備え、該タンクは、当該タンクを貫通して延びる少なくとも１つの流路を含み、該少なくとも１つの流路の内部は、流路壁部によってタンクの密閉容積部から分離されている。変圧器コアが密閉容積部の外側に設けられており、該変圧器コアは、少なくとも１つの流路を介してタンクを貫通して延びる少なくとも１つの脚部を含む。少なくとも１つのコイルは、密閉容積部内に配置されており、該コイルは、少なくとも１つの流路の周りに巻回されており、タンクは、弱導電層からなる壁部を有しており、該弱導電層は、含浸材料に埋め込まれた繊維からなる。
【０００７】
本発明のさらなる態様、利点および特徴は、従属請求項、請求項の組み合わせ、説明および添付図面から明らかになる。
【０００８】
当業者に対するその最良の形態を含めた完全でかつ実施可能な開示は、添付図面への参照を含めて明細書の残りの部分でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】コアの一方の脚部のみが示されている実施形態による変圧器の概略的透視断面図
【図２】コア断面図を含めた図１の変圧器の概略的断面図
【図３】Ａ−Ａ線に沿った図１および図２の変圧器のタンクの一部の各実施形態による概略的断面図
【図４】Ａ−Ａ線に沿った図１および図２の変圧器のタンクの一部の各実施形態による概略的断面図
【図５】Ａ−Ａ線に沿った図１および図２の変圧器のタンクの一部の各実施形態による概略的断面図
【図６】Ａ−Ａ線に沿った図１および図２の変圧器のタンクの一部のさらなる実施形態による概略的断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここでは、様々な実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例を各図に示す。各例は説明のために提供されるものであり、限定を意味するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示または説明された特徴は、まださらなる実施形態を生み出すために、他の実施形態上で、または他の実施形態と組み合わせて使用することができる。本開示では、そのような補正や変化例を含むことが意図されている。
【００１１】
以下の図面の説明中、同じ参照番号は同じコンポーネントを指す。一般に、個々の実施形態に関する相違のみが説明されている。複数の同一のアイテムまたは部品が図に表示される場合、外観を簡素化するためにすべての部品に参照番号が付いているわけではない。
【００１２】
本明細書に記載されるシステムおよび方法は、記載される特定の実施形態に限定されるのではなく、むしろ、当該システムのコンポーネントおよび／または当該方法のステップは、本明細書に記載される他のコンポーネントおよび／またはステップから独立して別個に使用され得る。それどころか例示的な実施形態は、多くの他の用途に関連して実行および使用することができる。
【００１３】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面で示され、他の図面では示されない場合があるが、これは単に便宜上のものである。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求することができる。
【００１４】
本明細書で使用される「含浸材料」とは、硬化可能でかつ硬化後に、本明細書で開示される様々なタイプの繊維と一緒にマトリックスを形成するために使用されるポリマー材料を意味するものとする。この含浸材料は、典型的には、ただし必須というわけではないが、エポキシ樹脂またはポリエステル樹脂などのポリマー硬化性樹脂である。そのため、当該用語「含浸材料」および「樹脂」は、本明細書では互換的に使用される。これにより、樹脂とは、繊維とともにマトリックス形成剤として使用可能な他の硬化性含浸材料を含めて可及的に広い意味で解釈されるべきである。
【００１５】
本明細書で使用される「中間周波数変圧器」とは、約１ｋＨｚから約２００ｋＨｚの範囲、より具体的には約４ｋＨｚから約３０ｋＨｚの範囲の周波数で使用する変圧器を意味するものとする。これにより、周波数は、交流電流に、またはパルス制御／スイッチング制御されたＤＣ電流に関連付けることが可能である。
【００１６】
本明細書で使用される用語「弱導電性」とは、「電気的導電率」の特性、あるいはより厳密には、変圧器タンク壁部に使用される材料の比電気抵抗または体積抵抗率に関し、絶縁体の値と導体の値との間の所定の範囲にある。より厳密には、この範囲は、本明細書では、約１０Ωｃｍから約１０６Ωｃｍ、より具体的には約１０２Ωｃｍから約１０５Ωｃｍまでに定められる。本明細書での導電率とは、電気的導電率を意味し、抵抗率とは電気的抵抗率を意味する。
【００１７】
本明細書に記載される実施形態は、約１ｋＶ以上からを意味する高電圧での適用のためのドライコアを有する液体絶縁またはゲル絶縁された中間周波数変圧器に関して、主に説明されるが、しかしながらこれは限定として理解されるべきではない。「ドライコア」とは、コイル（巻線）のみが絶縁材料に浸され、それに対してコアはタンクの外側にあることを意味する。この構想は、最小限の液体（例えばオイル）もしくはゲルなどの絶縁材料量を有するコンパクトな変圧器を可能にする。軽量であることに加えて、これは、火災や発煙の危険性の低減を意味する。そのような変圧器では、タンクは基本的にトロイダル形状を有し、これは、タンクがコアの一部の周りに閉鎖ループを形成することを含んでいる。タンク内でのループ大電流の誘導を回避するために、タンクは、コア周りに高導電率のループを形成してはならない。これは、全金属製のタンクの可能性を、あるいはより一般的には導電性の高いタンクの可能性を排除する。
【００１８】
上記に起因する手段は、例えば、内側および外側円筒部、ならびに底部および上部プレートからなるポリマータンクを構築することである。絶縁システムは、例えばオイルなどの絶縁材料、固体絶縁体としてのタンク壁部、典型的にはポリマー、および連続した空気を含む。ＤＣ電圧下では、これらの絶縁層の電界分布は、個々の層の電気的抵抗率の相対的な大きさによって決定する。層の電気的抵抗率が高いほど、その中の電界も高くなる。オイルの電気的抵抗率は、一般に固体絶縁材料および空気の電気的抵抗率よりも低い。オイルに対する典型的な値は、（８０°Ｃで）５×１０１１から１×１０１５Ωｃｍであり、充填されたエポキシ樹脂に対する典型的な値は、（８０°Ｃで）約１０１５Ωｃｍである。
【００１９】
したがって、例えばオイルの電気的抵抗率は、ポリマータンク壁部および空気の電気的抵抗率よりも数桁低くなる可能性がある。電界は、このケースでは、むしろオイルまたはその他の絶縁性液体もしくはゲル内よりも、誘電性のタンク壁部および／またはエアギャップ（存在する場合）にほぼ完全に集中する。これは、タンク内の液体もしくはゲルを絶縁材料にするという考察を損なわせる。その結果として、壁部および／またはエアギャップの部分放電とそれに続く電気的絶縁破壊とが生じる可能性がある。これを回避する１つの方法は、タンク壁部を厚くすることである。しかしながらこれは、高価で重量がかさみ、冷却の点でも効率が悪く、コアウィンドウの拡大を必要とする。これはまたコアのコストおよび重量も増加させる。タンクとコアとの間のエアギャップを拡大させるステップにも類似の相応の欠点がある。
【００２０】
上記の欠点は、適度な導電性があり（すなわち弱導電性）、接地された本発明およびその実施形態によるタンクによって効果的に対処することができる。これは、タンク周りの空気中のコロナ放電の発生を回避し、タンク壁部の潜在的な絶縁破壊も回避する。また、電界は、タンク内の液体またはゲル内で非常に広範囲に残る。導電率が高いと、大きな環状の大電流の誘導につながる可能性があるため、適度な電気的導電率が提供される。したがって、実施形態によれば、タンク壁部は、弱導電性の特性を有するように構成されている。言うまでもなく、このタンク壁部の弱導電層の個々の設計および特性は、極めて重要になり得るものであり、したがって、タンク壁部の弱導電層に要する比抵抗も、特定の使用事例、中間周波数変圧器の設計、およびその他のパラメータに極めて大きく依存し得る。一般に、本明細書で使用される、層特性としての「弱導電性」という用語は、次のように機能的な流れで解釈することができる。すなわち、弱導電層は、タンク壁部内で誘導された渦電流による損失を最小化するためには十分に高い比抵抗を有すべきであるという考えである。当業者であるならば、これらの損失は、個々の使用事例において、本明細書に記載されたものよりも低い比抵抗でさえ適宜使用され得るように、比較的高くなることさえ許容され得ることを理解するであろう。一方、タンク壁部の層の導電率が本明細書に記載の結果を得るのにまだ十分に高い値である限り、弱導電層の比抵抗は、本明細書で定義したパラメータで達成される値よりも（相対的に）高くなるように設計されてもよい（これについては上記参照）。
【００２１】
実施形態によれば、弱導電層は、変圧器タンク（以下タンク壁部とも称する）の外側円筒部に設けられている。したがって、タンク壁部は弱導電層を含み、この弱導電層は、繊維と、含浸材料、典型的には樹脂（ただし必須ではない）と、を含む。実施形態において、繊維自体は弱伝導性であってもよいし、あるいは繊維が導電性であってもよい。層全体としての本来の弱導電性（そのバルク導電性）は、繊維と、それらを囲む含浸材料、好適には樹脂と、の組み合わせのパラメータによって達成されている。適切な導電性繊維または弱導電性繊維に対する非限定的な例として、ＰＡＮＩまたは炭素繊維などの予備含浸された弱導電性繊維があげられる。一般に、繊維の導電率は、広範囲で制御および調整できる。一例として、誘電性樹脂を含浸させた炭素繊維の層のバルク導電率は、１０Ωｃｍから１０６Ωｃｍ、より具体的には約１０２Ωｃｍから約１０５Ωｃｍの範囲であり得る。これにより、弱導電層のバルク導電率は、バルク導電率を変化させるためのいくつかのパラメータのみを挙げるとすれば、例えば、繊維の材料とタイプ、層内の繊維の配向、層内に埋め込まれている繊維と樹脂との間の重量比、層の体積単位あたりの個々の繊維間の交差の数などによって著しく変化し得る。
【００２２】
それゆえ、本明細書で提供される、適切な繊維のタイプおよび弱導電層全体としての設計の例は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきことを意味したものではない。むしろ、当業者であるならば、本発明およびその実施形態による変圧器タンク壁部に適した弱導電層を形成し得る様々な材料からは、適切な弱導電性もしくは導電性の繊維タイプが広範囲に存在することを容易に理解するであろう。さらに以下では、実施形態による弱導電層の繊維タイプおよび構成の詳細な例を提供する。
【００２３】
いくつかの実施形態によれば、タンク壁部の内側の（比較的薄い）層のみが導電性もしくは弱導電性の繊維から巻回され、一方、絶縁性の繊維の絶縁層は、絶縁材料を含むタンクの密閉容積部に対して外側に面するタンクの側に巻回されている。絶縁性の繊維は安価であり、電気的抵抗率が高い。この場合は、タンク壁部の内側で樹脂などの含浸材料に埋め込まれる導電性もしくは弱導電性の繊維の薄層は、実施形態のようにタンク壁部の所要の弱導電性の特性を提供するのに十分である。
【００２４】
実施形態によれば、タンク壁部の内側および外側にも含浸された導電性もしくは弱導電性の繊維の層が存在し得る一方で、それらの間の層は、樹脂が含浸された絶縁性の繊維から巻回されており、これによって、より経済的な絶縁性の繊維材料の使用による機械的な安定性もしくは物理的な安定性が提供される。絶縁性の繊維の非限定的な例として、ガラス繊維があげられ、ポリエステル繊維やアラミド繊維のようなポリマー繊維もあげられる。
【００２５】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、導電性もしくは弱導電性の繊維がタンクの上部プレートおよび底部プレートにも使用できる。これにより、プレートは、例えば、繊維の事前含浸布から作成することができる。円筒部と同様に、樹脂に埋め込まれた導電性／弱導電性の繊維と、樹脂に埋め込まれた絶縁性の繊維と、からの（１つ以上の）弱導電層の組み合わせは任意選択的に存在し得る。一般に、実施形態では、内側円筒部、内側タンク壁部、またはタンクの内壁とも称されることがある流路壁部も、少なくとも１つの層、内部構造、および含有材料の弱導電性の特性を含めてすべての特性を示す可能性があり、これらは、実施形態による（外側）タンク壁部に関連して本明細書で説明されている。これにより、本明細書に記載の実施形態のいずれかによるタンク壁部は、本明細書に記載のタンク壁部の実施形態のいずれかについて説明した特性を有する流路壁部と組み合わせることができ、したがってさらなる実施形態が作成される。
【００２６】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、タンクはすべてがポリマー材料と弱導電層とから作られているのではないが、タンクの所定の領域は、例えば、タンク内の絶縁材料から周囲への熱伝導を容易にする金属を含んでいてもよい。例えば、タンクの壁部の一部は、金属からなっていてもよい。これにより、金属部品は、不所望に大きな誘導ループ電流を回避するために、典型的には、コア周りの閉ループの形成が回避されるように構成されている。そのような設計では、タンク壁部の残りのポリマー領域は、典型的には、前述のように弱導電層を含んでいる。
【００２７】
図１は、実施形態による変圧器１を示す。変圧器１は、絶縁材料１３を含む密閉容積部１１を有するタンク１０からなる。このタンク１０は、典型的には円筒形の（外側）タンク壁部１６を有し、さらに典型的には底部プレート３６と上部プレート３７とを有する。タンク１０は、底部プレート３６から上部プレート３７まで当該タンク１０を貫通して延びる流路２５を含む。典型的には流路２５は、コア３０の脚部３２の形状を基本的に有する内側断面を有し、すなわち典型的ではあるが、必ずしも円筒形である必要はない。流路２５の内部は、流路壁部１７によってタンク１０の密閉容積部１１から分離されている。したがって、流路壁部１７は、タンク１０の円筒形の内側壁部を形成する。変圧器１のコア３０は、密閉容積部１１の完全に外側に設けられており、そこでは、コア３０の１つの脚部３２が、流路２５を介してタンク１０を貫通して延びている。図１では、２つのコイル（または巻線）が示されている。低電圧コイル５０は、流路２５の周りに巻回されており、高電圧コイル５２は、絶縁のための距離を伴って低電圧コイル５０の外側に巻回されている。これらの低電圧コイル５０および高電圧コイル５２の両方は、タンクの密閉容積部１１の内側に設けられ、絶縁材料１３に含浸されている。これらの両コイルは、流路２５を貫通して延びるコア脚部３２の周りに設けられている。すなわちこれは、これらのコイルが絶縁材料１３に接触もしくは含浸されていることを意味する。一方、コア３０およびコア脚部３２は、それらがタンク１０の密閉容積部１１の外側に設けられているため、絶縁材料１３と接触していない。
【００２８】
タンク壁部１６は、弱導電層４０を含む。この弱導電層４０は、樹脂４４に埋め込まれた導電性もしくは弱導電性の繊維４２を含む（詳細な実施形態については図３〜図６および関連説明を参照）。これにより、繊維４２の導電率は、実施形態としての所望の弱導電層の設計プロセスにおいて、繊維４２の配向と、弱導電層４０の質量単位当たりの樹脂４４の重量パーセントと比較したそれらの重量パーセントと併せて選択されている。実施形態による弱導電層は、典型的には、約１０Ωｃｍから約１０６Ωｃｍ、より具体的には約１０２Ωｃｍから約１０５Ωｃｍのバルク導電率を有するが、変圧器１の個々の設計および動作パラメータに依存して、より高い値またはより低い値も実施形態に適合し得る。
【００２９】
図１では、コア３０の１つのコア脚部３２のみが描写目的で概略的に示されているのに対して、図２は、コア３０の断面図を含む同じ変圧器１を示している。
【００３０】
繊維４２は、いくつかの実施形態では、繊維の長手方向で比較的高い導電率を有し得る。これにより、タンク壁部１６の弱導電層４０の全体的な導電率は部分的に決定されており、したがって、繊維４２が最も接近するところの個々の繊維の交差によって制御され得る。これは、他の多くのパラメータの中で、弱導電層４０の導電率の値を幅広く調整するために使用できる。
【００３１】
例えば、公知の炭素繊維は、日本の製造業者ＴｏｒａｙによるＴ３００型の炭素繊維に対して、例えば、繊維方向に１．７×１０−３Ωｃｍの導電率を示すことができる。この値は、繊維に対して垂直方向でははるかに低くなり、例えば約１０００倍少なくなる。実施形態で使用され得る繊維は、典型的には、例えばコーティングされたガラス繊維などのコーティングされた無機繊維に基づくか、または例えばＰＡＮＩまたは炭素繊維などのポリマー繊維か、または金属繊維であってもよい。
【００３２】
実施形態に従って、弱導電層４０の繊維４２が、コーティングすべき繊維として選択される場合では、様々な市販製品の例が利用可能である。非限定的な例として、米国ユタ州ヒーバーシティの導電性複合材料会社は、アラミドもしくは炭素からなるニッケルコーディングされた繊維を提供し、スイスのＳｗｉｃｏｆｉｌ社は、アルミニウムコーティングされたガラス繊維を提供している。好適な繊維の別のタイプは、帯電防止用途の分野に由来する。この場合、繊維は、基本的には高分子であるが、繊維に埋め込まれた帯電防止粒子を含む。例えばベルギーのＢｅｋｅａｒｔ社から供給されるような細い金属繊維は、所要の導電率を得るために局所的に使用できる。この金属繊維は、組み合わされて提供されてもよい。すなわち、標準のガラス繊維と混合されて１つの束で提供されてもよい。これは、ハイブリッド束としても公知である。
【００３３】
図３〜図６中の様々な寸法を有する小円としての繊維の描写は、単なる描写目的のためのものであり、層内の繊維のサイズ、形状、配向、順序、密度などに関する説明もしくは制約として、あるいは本来の個々の層の限定として、あるいは層間の違いの説明として解釈されるべきことを意図したものではない。むしろ、これらの繊維の配置構成パラメータは、実施形態に従って幅広く変更可能である。
【００３４】
図３は、図１および図２中に示されるような実施形態としてのタンク壁部１６における矢印およびＡ−Ａでマークされた位置での詳細図を示す。このタンク壁部１６は弱導電層４０を含み、該弱導電層４０は、含浸材料４４に埋め込まれた繊維４２を含む。
【００３５】
図４は、図１および図２中に示されるようなさらなる実施形態によるタンク壁部１６における矢印およびＡ−Ａでマークされた位置での詳細図を示す。ここでは図３とは異なり、タンク壁部１６はさらに、樹脂５４で含浸された絶縁性の繊維５２の層５０を含む。この絶縁性の繊維５２のさらなる層５０は、タンク１０の密閉容積部１１に対して弱導電層４０から外側に設けられている。一般に、本明細書で開示されるように、絶縁性の繊維は、非限定的な例として、ガラス繊維および／またはポリエステル繊維やアラミド繊維のようなポリマー繊維を含み得る。
【００３６】
図５は、図３および図４中に示すようなタンク壁部１６における詳細図を示すが、しかしながらこの実施形態では、タンク壁部１６は、図４とは異なり、繊維６２および樹脂６４を含む付加的な外側弱導電層６０を含んでいる。この外側弱導電層６０は、絶縁性の繊維５２の層５０の外側に設けられている。
【００３７】
一般に、弱導電層４０，６０のバルク導電率は、誘導された渦電流によるタンク壁部１６の加熱が、動作中に所定の閾値以下に維持されるように構成することができる。好適には、変圧器によって伝送される電力の、渦電流によって引き起こされるタンク壁部１６の加熱による消費は、０．４％未満、より典型的には０．２％未満にすべきである。
【００３８】
図６は、図４に類似した弱導電層を示しており、ここでは付加的に金属導体７０が、タンク壁部１６内に埋め込まれたメッシュまたはストライプの形態で設けられている。これは、弱導電層４０の十分な低抵抗接地を促進し得る。これは、誘導ループ電流を回避するために、コア３０周りの閉ループの形成なしで実行されるべきである。タンク１０の巻回の際には、絶縁性の繊維を含む層５０に続ける前に、メッシュまたはストライプ７０を弱導電層４０に被着することができ、結果として図６に示すようなタンク壁部１６を形成することができる。メッシュまたはストライプ７０は、類似の方法でプレートとして統合することも可能である。少なくとも一端において、金属導体７０は、例えば、概略的に示されているように、接地コンタクト８０との接触接続および接地のためのリード導体を形成するために、タンク壁部１６の複合体を越えて突出すべきである。
【００３９】
さらなる実施形態では、タンク壁部１６はさらに、タンク１０と周囲もしくは冷却媒体との間の熱交換を促進するために、例えば金属を含有する導電性部品（図示せず）を含む。これにより、これらの導電性部品は、コア脚部周りの円周方向に少なくとも１つのギャップを有するように構成され、それによって、これらは、変圧器コア周りの閉回路ループを回避するように構成されている。
【００４０】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、変圧器１は、三相変圧器であってもよい。この実施形態では、タンク１０は、当該タンク１０を貫通して延びる３つの流路を含むことができ、コアは、それぞれ３つの流路を介してタンク１０を貫通して延びる３つの脚部を含む。この場合の上部プレート３７および底部プレート３６は、それぞれコア脚部に設けられた３つの開口部を有する。代替的に、１つの流路を備えた１つのタンクが、３つのコア脚部の各々に対して別個に設けられた三相変圧器が提供されてもよい。
【００４１】
一般に、すべての実施形態において、タンク内の絶縁材料は、天然もしくは合成の絶縁性液体またはゲルを含むことができ、非限定的な例として、鉱油、天然油、シリコーン油、ゲル、好適にはシリコーンゲルであるゲル、およびエステル液からなるリストのうちの少なくとも１つを含むことができる。また、これらの材料の混合物または組み合わせも適し得る。
【００４２】
ここに記載された説明は、最良のモードを含めて本発明を開示し、また、任意のデバイスもしくはシステムを構築して使用することを含めて任意に取り込まれた方法を実行するなど、任意の当業者が本発明を実施できるようにするために、例を使用している。様々な特定の実施形態が上記で開示されたが、当業者であるならば、特許請求の範囲の意義および適用範囲において、等しく効果的な変更が可能であることも認識するであろう。特に、上記の実施形態の相互に非排他的な特徴は、互いに組み合わせることができる。本発明の特許性のある適用範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が見いだす他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有している場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言語と相違がごく僅かである等価的な構造要素を含んでいる場合、特許請求の範囲の適用範囲内にあるべきことが意図されている。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月17日(2019.10.17)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間周波数変圧器（１）であって、
−前記中間周波数変圧器（１）は、絶縁材料（１３）を有する密閉容積部（１１）を有したタンク（１０）を備え、前記タンク（１０）は、前記タンク（１０）を貫通して延びる少なくとも１つの流路（２５）を含み、前記少なくとも１つの流路（２５）の内部は、流路壁部（１７）によって前記タンク（１０）の前記密閉容積部（１１）から分離されており、
−前記中間周波数変圧器（１）は、前記密閉容積部（１１）の外側に設けられた変圧器コア（３０）を備え、前記変圧器コア（３０）は、前記少なくとも１つの流路（２５）を介して前記タンク（１０）を貫通して延びる少なくとも１つのコア脚部（３２）を含み、
−前記中間周波数変圧器（１）は、前記密閉容積部（１１）内に配置された少なくとも１つのコイル（５０，５２）を備え、前記少なくとも１つのコイル（５０，５２）は、前記少なくとも１つの流路（２５）の周りに巻回されており、
前記タンク（１０）は、弱導電層（４０）を含むタンク壁部（１６，１７）を有し、前記弱導電層（４０）は、含浸材料（４４）に埋め込まれた繊維（４２）を含む、
中間周波数変圧器（１）。
【請求項２】
前記弱導電層（４０）は、約１０Ωｃｍから約１０６Ωｃｍの範囲のバルク導電率を有する、
請求項１記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項３】
前記タンク壁部（１６，１７）は、絶縁性の繊維（５２）を含有する層（５０）をさらに含む、
請求項１または２記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項４】
前記弱導電層（４０）は、前記タンク壁部（１６，１７）の内側に設けられており、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する層（５０）は、前記弱導電層（４０）から外側に設けられている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項５】
前記タンク壁部（１６，１７）は、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する層（５０）を、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する前記層（５０）の外側に設けられた外側弱導電層（６０）と、前記絶縁性の繊維（５２）を含有する前記層（５０）の内側に設けられた弱導電層（４０）と、ともに含んでいる、
請求項１から４までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項６】
前記弱導電層（４０）および前記外側弱導電層（６０）の少なくとも１つの導電率は、渦電流による前記タンク壁部（１６，１７）の加熱が、前記中間周波数変圧器（１）の動作中に所定の閾値以下に維持されるように構成されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項７】
前記弱導電層（４０）は、無機繊維、ポリマー繊維、金属繊維、コーティングされた繊維およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から６までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項８】
前記タンク壁部（１６，１７）は、前記タンク（１０）と周囲もしくは冷却媒体との間の熱交換を促進するために、金属を含有する導電性部品（７０）をさらに含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項９】
前記導電性部品（７０）は、前記コア脚部（３２）周りの円周方向に少なくとも１つのギャップを有するように構成され、それによって、前記コア脚部（３２）周りで閉回路ループが形成されないように構成されている、
請求項８記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項１０】
前記中間周波数変圧器（１）は、三相変圧器であり、前記タンク（１０）は、前記タンク（１０）を貫通して延びる３つの流路（２５）を含み、前記変圧器コア（３０）は、前記３つの流路（２５）を介して前記タンク（１０）を貫通して延びる３つの脚部（３２）を含む、
請求項１から９までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項１１】
前記タンク壁部（１６，１７）は、外側タンク壁部（１６）、内側タンク壁部（１７）および前記流路（２５）の流路壁部（１７）によって形成される内側タンク壁部（１７）のうちの少なくとも１つである、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項１２】
前記タンク（１０）内の前記絶縁材料（１３）は、天然もしくは合成の絶縁性液体または天然もしくは合成の絶縁性ゲルを含む、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項１３】
前記タンク（１０）は、接地接続させるための接地コンタクト（８０）を含み、前記接地コンタクト（８０）は、前記弱導電層（４０）および導電性部品（７０）のうちの少なくとも１つに電気的に接続される、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項１４】
前記中間周波数変圧器（１）は、含浸材料（４４）に埋め込まれた繊維（４２）を含有する弱導電層（４０）を各々含んだ上部プレート（３７）と、底部プレート（３６）と、を有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【請求項１５】
前記中間周波数変圧器（１）は、１ｋＨｚから２００ｋＨｚの周波数範囲で使用するための中間周波数変圧器である、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の中間周波数変圧器（１）。
【国際調査報告】
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