JP6965623B2 - Winding structure, coils, transformers and rotating machines - Google Patents
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Description
本発明は、巻線構造、コイル、変圧器及び回転機に関する。 The present invention relates to winding structures, coils, transformers and rotating machines.
変圧器に代表される電気機器では、高電圧となるコイルの導体の周囲をエポキシ樹脂等の固体絶縁物で封止している。しかし、導体の周囲に空隙が存在しないように封止することが困難である。導体の周囲に空隙が存在した状態で電気機器を稼働すると、コイル間に発生する電位差に起因して部分放電が発生し、電気機器の長期信頼性が低下するという問題が発生する。 In electrical equipment represented by a transformer, the conductor of a coil having a high voltage is sealed with a solid insulator such as epoxy resin. However, it is difficult to seal the conductor so that there are no voids around it. When an electric device is operated with a gap around the conductor, a partial discharge occurs due to a potential difference generated between the coils, which causes a problem that the long-term reliability of the electric device is lowered.
このような問題を解決するために、空隙を少なくするために、樹脂モールドコイルの製造方法において、導体の周囲の空隙への樹脂の含浸性を高めることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such a problem, in order to reduce the number of voids, it has been proposed to increase the impregnation property of the resin into the voids around the conductor in the method for manufacturing the resin molded coil (for example, Patent Document 1). reference).
特許文献1に記載されている通り、芯部の外周に導線が複数層をなすように巻き付けられた多重コイルにおいて、積層された導線間で電位差を持つようになる。この電位差を絶縁するために各層の間に層間絶縁材を介在させている。このため、導体と層間絶縁材との間に空隙が形成される。導体のターン数が100前後であると、粘性の高い熱硬化性樹脂を軸方向内側に含浸させ、空隙を減らすことは容易でなかった。
As described in
そこで、特許文献1に記載された樹脂モールドコイルの製造方法では、液状の熱硬化性樹脂を通すための連通孔を複数有する層間絶縁材(紙)を、コイルの各層の間に介在させ、熱硬化性樹脂が、最外層の層間絶縁材の連通孔を通ってコイルの内部に侵入し、さらに、内部各層の層間絶縁材の連通孔を順次通ってコイルの径方向に含浸していき、各層の空隙部に流入する。この結果、熱硬化性樹脂の軸方向内側への含浸に比べて、空隙をより一層減らすことを実現している。
Therefore, in the method for manufacturing a resin molded coil described in
一方、電気機器の長期信頼性を確保する観点からは、更なる部分放電の発生の抑制が要請される。特許文献1に記載の技術によれば、巻線の周囲の空隙をある程度まで低減することは可能であるが、完全になくすことは極めて困難であり、製造コストの観点から工業的に有効な手段とは必ずしも言えない。
On the other hand, from the viewpoint of ensuring the long-term reliability of electrical equipment, it is required to further suppress the generation of partial discharge. According to the technique described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、巻線の周囲の空隙に生じる電位差に起因する部分放電の発生を効果的に抑えることができる電気機器の巻線構造、コイル、変圧器及び回転機を提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made in view of such a problem, and the winding structure, coil, and winding structure of an electric device capable of effectively suppressing the generation of partial discharge due to the potential difference generated in the void around the winding. One of the purposes is to provide transformers and rotating machines.
本発明における巻線構造の一態様は、電気機器のための巻線構造であって、導電線と、前記導電線の外周上に配置され、絶縁性樹脂からなる絶縁層と、前記絶縁層の外周上に配置され、前記絶縁性樹脂に導電性材料を添加した第1導電層と、前記第1導電層の外周上に配置された前記絶縁性樹脂に導電性材料を添加した第2導電層と、を具備し、前記第1導電層よりも前記導電性材料の含有率が低いことを特徴とする。 One aspect of the winding structure in the present invention is a winding structure for an electric device, which comprises a conductive wire, an insulating layer arranged on the outer periphery of the conductive wire and made of an insulating resin, and the insulating layer. A first conductive layer arranged on the outer periphery and having a conductive material added to the insulating resin, and a second conductive layer having a conductive material added to the insulating resin arranged on the outer periphery of the first conductive layer. And, and the content of the conductive material is lower than that of the first conductive layer .
この構成により、第1導電層の電位を、中性点電位又は接地電位にすることにより、第1導電層が、電流が流れない電位をとるようになる。これにより、樹脂層と中性点電位又は接地電位との電位差、或いは、樹脂層と隣接する巻線の樹脂層との電位差を低く保持できることから、巻線周囲の空隙に生じる電位差を300V以下に抑え、部分放電の発生を抑制することができる。 With this configuration, by setting the potential of the first conductive layer to a neutral point potential or a ground potential, the first conductive layer takes a potential at which no current flows. As a result, the potential difference between the resin layer and the neutral point potential or the ground potential, or the potential difference between the resin layer and the resin layer of the adjacent winding can be kept low, so that the potential difference generated in the void around the winding is reduced to 300 V or less. It can be suppressed and the occurrence of partial discharge can be suppressed.
本発明における巻線構造の一態様において、前記第1導電層と前記第2導電層に添加される導電性材料は同じ組成であることが好ましい。 In one aspect of the winding structure in the present invention, it is preferable that the first conductive layer and the conductive material added to the second conductive layer have the same composition.
本発明における巻線構造の一態様において、前記導電性材料が、グラフェン又はカーボンナノチューブ或いはこれらの混合物であることが好ましい。 In one aspect of the winding structure in the present invention, the conductive material is preferably graphene or carbon nanotubes or a mixture thereof.
本発明における巻線構造の一態様において、前記絶縁層の厚さが前記第2導電層の厚さよりも大きいことが好ましい。 In one aspect of the winding structure in the present invention, it is preferable that the thickness of the insulating layer is larger than the thickness of the second conductive layer.
本発明におけるコイルの一態様は、上記記載の巻線構造を有する巻線を用いたことを特徴とする。 One aspect of the coil in the present invention is characterized in that a winding having the winding structure described above is used.
本発明におけるコイルの一態様は、上記記載の巻線構造を有する巻線を前記第2導電層どうしが接触するように巻き回したことを特徴とする。 One aspect of the coil in the present invention is characterized in that a winding having the winding structure described above is wound so that the second conductive layers come into contact with each other.
本発明におけるコイルの一態様において、前記第1導電層の電位を中性点電位又は接地電位にするための接続部を備えることが好ましい。 In one embodiment of the coil in the present invention is preferably provided with a potential before Symbol first conductive layer a connection for the neutral point potential or ground potential.
本発明における変圧器の一態様において、上記記載のコイルを用い、且つ、前記第1導電層の電位を三相交流式の中性点電位とすることを特徴とする。 One aspect of the transformer in the present invention is characterized in that the coil described above is used and the potential of the first conductive layer is a three-phase AC type neutral point potential.
本発明における回転機の一態様において、上記記載のコイルを用い、且つ、前記第1導電層の電位を前記コイルと共に前記コイルに用いられた巻線が巻き付けられたスロットの電位と等電位とすることを特徴とする。 In one aspect of the rotating machine of the present invention, the coil described above is used, and the potential of the first conductive layer is equal to the potential of the slot around which the winding used for the coil is wound together with the coil. It is characterized by that.
本発明における変圧器の一態様において、上記記載のコイルを用い、且つ、前記第1導電層の電位を前記コイルの表面電位と等電位とすることを特徴とする。 One aspect of the transformer in the present invention is characterized in that the coil described above is used and the potential of the first conductive layer is equal to the surface potential of the coil.
本発明によれば、巻線の周囲の空隙に生じる電位差に起因する部分放電の発生を効果的に抑えることができる電気機器の巻線構造、コイル、変圧器及び回転機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a winding structure, a coil, a transformer and a rotating machine of an electric device capable of effectively suppressing the generation of partial discharge due to a potential difference generated in a gap around a winding. ..
以下、本発明の一実施の形態に係る電気機器のための巻線構造について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に係る巻線構造については、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, the winding structure for the electric device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The winding structure according to the present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the purpose.
本実施の形態では、電気機器の一例として変圧器及び回転機を例に挙げて説明するがこれに限定されない。 In the present embodiment, a transformer and a rotating machine will be described as an example of an electric device, but the present embodiment is not limited thereto.
<巻線構造>
図1は、本実施の形態に係る巻線構造を示す模式図である。図1に示すように、巻線構造1は、導電線(芯線)2を備えている。
<Wounding structure>
FIG. 1 is a schematic view showing a winding structure according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
本実施の形態において、導電線2は、銅、銅合金などの良電体を線状に引き伸ばしたワイヤであり、被覆がない裸電線であることが好ましい。導電線2は、より具体的には、例えば、直径0.5〜8mmの銅線又は銅合金線等の金属導線である。
In the present embodiment, the
導電線2の外周上には、絶縁層3が設けられている。絶縁層3は、例えば、ポリアミドイミド及びポリウレタンのような熱硬化性の絶縁性樹脂で構成されている。
An
絶縁層3の厚さは、特に限定されないが、例えば、2000Vの高電圧が導電線2にかかった場合にも第1導電層4(後述)との間の絶縁が保たれるように、絶縁性樹脂の種類等を考慮して適宜選択される。
The thickness of the
絶縁層3の外周上に第1導電層4が配置されている。第1導電層4は、例えば、絶縁層3に用いられる絶縁性樹脂に導電性材料を添加して導電化して得ることができる。
The first
導電性材料は、例えば、炭素系導電性材料である。炭素系導電性材料は、例えば、カーボン粉末、グラフェン、又は、カーボンナノチューブ或いはそれらの混合物である。これらのうち、グラフェン、又は、カーボンナノチューブ或いはそれらの混合物であることが好ましい。カーボン粉末等に比べ、コイルの作製に必要な引張強度と可撓性を高めることができるからである。 The conductive material is, for example, a carbon-based conductive material. The carbon-based conductive material is, for example, carbon powder, graphene, or carbon nanotubes or a mixture thereof. Of these, graphene, carbon nanotubes, or a mixture thereof is preferable. This is because the tensile strength and flexibility required for manufacturing the coil can be increased as compared with carbon powder and the like.
基材となる絶縁性樹脂であるポリアミドイミド又はポリウレタンに、炭素系導電性材料を、例えば、重量パーセント比で15%以上60%以下添加することにより、絶縁性材料からなる層に導電性を付与することができる。 By adding a carbon-based conductive material to polyamide-imide or polyurethane, which is an insulating resin as a base material, for example, 15% or more and 60% or less by weight, the layer made of the insulating material is imparted with conductivity. can do.
第1導電層4の厚さは、特に限定されないが、巻き付け曲げ時にひび割れを生じないことを目的とし、巻線直径の1/20以下に抑えることが望ましい。また、導電性を確保するために、第1導電層4を5マイクロメートル以上の厚みになるように構成することが望ましい。
The thickness of the first
さらに、第1導電層4の外周上には、最外層として樹脂層5が配置されている。樹脂層5は、絶縁性樹脂からなる絶縁層であってもよいし、絶縁性樹脂に導電性材料を添加した導電層(以下、第2導電層と記載する)であってもよい。
Further, a
樹脂層5に用いられる絶縁性樹脂としては、絶縁層3及び第1導電層4を構成する絶縁性樹脂と同様のものを用いることができる。
As the insulating resin used for the
また、樹脂層5を第2導電層とするには、上記第1導電層4において説明したように、例えば、絶縁性樹脂に導電性材料を添加して導電性を付与する。
Further, in order to make the resin layer 5 a second conductive layer, for example, as described in the first
樹脂層5を第2導電層とした場合、第2導電層は、第1導電層4よりも導電性材料の含有率が低いことが好ましい。樹脂層5は、コイルの芯部に巻線を巻き回す際に第1導電層4が擦過により亀裂を発生するのを防止し、巻線を取り扱いやすくする観点から、第1導電層4よりも強靭性及び可撓性に優れていることが好ましいからである。
When the
樹脂層5の厚さは、特に限定されないが、絶縁層3の厚さよりも薄くすることが望ましく、特に絶縁層3の1/3以下の厚みにすることが好ましい。言い換えれば、絶縁層3の厚さは、樹脂層5の厚さよりも大きいことが好ましい。
The thickness of the
<全固体絶縁巻線>
上記巻線構造1のように、絶縁のためのすべての層が空隙を含まない固体からなる絶縁構造を、全固体絶縁と呼ぶ。全固体絶縁では空気を含まないのですべての電位差が固体にかかる点で、ほとんどの電位差が空気に加わるガス絶縁、及び、ほとんどの電位差が固体に加わるが、空気を含むため空気に一部の電位差が加わる複合絶縁(既存の固体絶縁)とは相違している。このような絶縁構造は、巻線に高電圧(例えば2000V)がかかる場合に特に有益である。
<All-solid-state insulated winding>
An insulating structure made of a solid in which all layers for insulation do not contain voids, such as the winding
<巻線の製造方法>
以下、巻線構造1を有する巻線の製造方法の一例について説明する。まず、導電線2として、所定の径に延伸し、ワイヤ状に成形した銅線を一方のリールから送り出し、対向する他方のリールで巻き取る。これらのリールの間に加工ラインを施設する。
<Manufacturing method of winding>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing a winding having a winding
加工ラインには、絶縁層3、第1導電層4、及び、樹脂層5に対応して、3つの被覆処理部が連続して配置されている。1つの被覆処理部は、溶融した樹脂(絶縁性樹脂又は導電性材料を添加した絶縁性樹脂)(以下、樹脂溶液と記載する)を収容し、走行する銅線が樹脂溶液に浸漬される溶液槽と、溶液槽から引き出された溶融樹脂が塗工された銅線を乾燥する乾燥炉と、を具備する。
In the processing line, three coating treatment portions are continuously arranged corresponding to the insulating
3つの被覆処理部のそれぞれにおいて、銅線の表面に溶融樹脂が塗工され、これを乾燥して被覆層が形成される。この結果、上記巻線構造1を有する巻線を連続的に製造することができる。
In each of the three coating treatment portions, a molten resin is applied to the surface of the copper wire and dried to form a coating layer. As a result, the winding having the winding
本実施の形態に係る巻線構造1を有する巻線の製造方法は、上述の製造方法に限定されるものではない。例えば、浸漬による被覆層の形成に代えて、押出機を用いた被覆層の形成を行ってもよい。
The method for manufacturing a winding having the winding
<コイル>
図2は、本実施の形態に係る巻線構造1を有する巻線を用いたコイルを示す模式図である。図2に示すように、コイル10は、巻線構造1を有する巻線11を、絶縁材料からなる芯部12の外周に複数層(図2では、4層だが、限定されない)をなすように巻き付けた多重コイルである。さらに、コイル10では、各層の間に層間絶縁材13を介在させている。
<Coil>
FIG. 2 is a schematic view showing a coil using a winding having a winding
図2に示すコイル10において、巻線11と巻線11とが接触する箇所にくさび形状の隙間が生じる。このような隙間では、巻線11と巻線11との距離が無段階に変化するため、最も放電しやすい距離(大気圧、常温下では8〜9μm)の部位が形成され易く、この部位で放電が発生しやすい。
In the
また、図2に示すコイル10では、例えば、巻線11の折り返し部分が近接した部位(図2中破線で囲んだ部分)では、層間、すなわち層間絶縁材13を介して隣接する巻線11と巻線11との間の電位差が2層分のターン数だけ電位差を持つようになる。
Further, in the
図3は、本実施の形態に係る巻線構造1を有する巻線11を用いたコイル10において、巻線11の折り返し部分が近接した部位を示す模式図である。図3に示すように、折り返し部分において、隣接する2つの巻線11の電位と2層目の巻線11の電位との間に350V以上の電位差が存在すると、巻線11と巻線11、又は、巻線11と層間絶縁材13との間のくさび形状の隙間(図3中、記号Xで示す)で放電に至る可能性が高い。
FIG. 3 is a schematic view showing a portion where the folded portion of the winding 11 is close to each other in the
そこで、本実施の形態に係る巻線構造1では、導電線2(図1参照)の外周上に、絶縁層3を介して、第1導電層4を配置し、第1導電層4の電位を中性点電位又は接地電位にする、本発明の接続部の一例である中性点接続部21を設けている。図3中、記号Oは、中性点電位又は接地電位を示している。
Therefore, in the winding
このように第1導電層4の電位を、中性点電位又は接地電位にすることにより、第1導電層4が、電流が流れない電位をとるようになる。これにより、導電線2と第1導電層4との電位差を低く保持できることから、くさび形状の隙間Xの空隙に生じる電位差を300V以下に抑え、部分放電の発生を抑制することができる。
By setting the potential of the first
電気機器において、中性点は、電気的に中性な状態であり、中性点電位は電流が流れない電位である。一方、接地電位は必ずしも電気的に中性な状態ではなく、電流が流れる電位である場合もある。本実施の形態では、接地電位は、電流が流れない電位である場合を意味する。 In electrical equipment, the neutral point is an electrically neutral state, and the neutral point potential is a potential through which no current flows. On the other hand, the ground potential is not necessarily an electrically neutral state, and may be a potential through which a current flows. In the present embodiment, the ground potential means a case where no current flows.
部分放電を抑制するために、すべてのくさび形状の隙間を樹脂で封止するには、高粘度の絶縁性樹脂を含浸させるために、真空含浸のための大掛かりな設備が必要になる。 In order to seal all wedge-shaped gaps with resin in order to suppress partial discharge, large-scale equipment for vacuum impregnation is required to impregnate the high-viscosity insulating resin.
また、部分放電を抑制するために、導電線2の断面積を大きくし、電流を多く流すことが有効であるが、巻線11の材料コストが高くなる。
Further, in order to suppress partial discharge, it is effective to increase the cross-sectional area of the
これに対して、本実施の形態に係る巻線構造1(図1参照)によれば、部分放電の発生を、樹脂封止を必ずしも行わなくても防止できるので、樹脂封止を省略することにより、大幅に製造コストを下げながらも、巻線11の材料コストを上げることなく、電気機器の長期信頼性を確保することができる。或いは、樹脂封止によって、例えば、上述のくさび形状の隙間に存在する空隙が残ったとしても、部分放電の発生を抑制できるので、製造コスト及び材料コストを上げることなく、電気機器の長期信頼性を確保することができる。 On the other hand, according to the winding structure 1 (see FIG. 1) according to the present embodiment, the occurrence of partial discharge can be prevented without necessarily performing resin sealing, so resin sealing is omitted. As a result, long-term reliability of electrical equipment can be ensured without increasing the material cost of the winding 11 while significantly reducing the manufacturing cost. Alternatively, by resin sealing, for example, even if the voids existing in the wedge-shaped gaps described above remain, the occurrence of partial discharge can be suppressed, so that the long-term reliability of the electrical equipment can be suppressed without increasing the manufacturing cost and the material cost. Can be secured.
<中性点接続部>
次に、上述の中性点接続部21(図3参照)の具体例について説明する。
<Neutral point connection>
Next, a specific example of the above-mentioned neutral point connecting portion 21 (see FIG. 3) will be described.
まず、中性点接続部21は、例えば、第1導電層4に電気的に接続された接点と、当該接点と電気機器の中性点又は接地点とを電気的に接続する導電部材とによって構成することができる。
First, the neutral
(端部接続構造)
図4は、本実施の形態に係る巻線構造1に適用される端部接続構造を示す模式図である。図4に示すように、巻線11の末端から所定の長さの部分において、絶縁層3、第1導電層4及び樹脂層(最外層)5(以下、単に被覆とも記載する)を除去し、導電線2をむき出しにする。以下、被覆が除去された巻線11の部分を被覆除去部分と記載する。このような状態の巻線11の末端に、端部接続構造30を形成する。
(End connection structure)
FIG. 4 is a schematic view showing an end connection structure applied to the winding
図4に示すように、端部接続構造30は、例えば、絶縁ブロック31と、絶縁ブロック31に埋設された接続リング32と、で構成される。
As shown in FIG. 4, the
絶縁ブロック31は、絶縁性樹脂で構成されているが、絶縁層3、第1導電層4、樹脂層5を構成する絶縁性樹脂に比べて、硬化時に硬度が高いものを選択することが、後述する被覆のテーパ化の加工性の観点から、好ましい。
Although the insulating
絶縁ブロック31は、一方の端面(図4に示す左側の端面)から他方の端面(図4に示す右側の端面)に向って所定の深さまで、巻線11の末端であって被覆を有する部分(以下、被覆部分と記載する)が挿入される挿入孔33が形成されている。挿入孔33の内径は、当該被覆部分の外径よりも僅かに大きくなっている。
The insulating
また、挿入孔33の先端(図4に示す右側の末端)から絶縁ブロック31の他方の端面に向って所定の深さまで、テーパ孔34が形成されている。テーパ孔34の後端(図4に示す左側の末端)の内径は、絶縁層3の外径と概ね一致している。一方、テーパ孔34の先端(図4に示す右側の末端)の内径は、導電線2の外径よりも僅かに大きくなっている。したがって、テーパ孔34は、後端から先端に向って内径が徐々に小さくなっている。
Further, a
さらに、絶縁ブロック31において、テーパ孔34の先端から絶縁ブロック31の他方の端面にわたって、漏斗状の拡径部35が形成されている。拡径部35の後端(図4に示す左側の末端)の内径は、テーパ孔34の内径と概ね一致している。一方、拡径部35の先端(図4に示す右側の末端)の内径は、特に限定されないが、後端の内径よりも大きくなっている。したがって、拡径部35は、後端から先端に向って内径が徐々に大きくなっている。
Further, in the insulating
絶縁ブロック31には、挿入孔33とテーパ孔34との境界部付近に、接続リング32が埋設されている。接続リング32は、金属導体、例えば、銅又は銅合金で構成されている。接続リング32の内周面には、その径方向内側に向って突出するエッジ32aが連続的に形成されている。エッジ32aの先端部での内径は、巻線11の第1導電層4の外径と概ね一致している。
In the insulating
さらに、絶縁ブロック31の所定の箇所、本実施の形態では、図4に示す下側には、リード線36を通し、リード線36の末端を接続リング32に半田37で半田付けするための接点用孔38が形成されている。リード線36の接続リング32への接続方法は半田付けに限定されず、他の方法であってもよい。
Further, a contact point for passing a
接続リング32の埋設は、例えば、以下のように行うことができる。まず、絶縁ブロック31の材質として、熱溶融性の絶縁性樹脂を選択する。そして、鋳型を用いて絶縁ブロック31を射出成型する際、当該鋳型の所定の箇所に接続リング32を設置しておく。
The
上述のような構成からなる端部接続構造30において、図4に示すように、巻線11の被覆除去部分が、絶縁ブロック31の一方の端部側から、挿入孔33、テーパ孔34及び拡径部35を順次通って、他方の端部側まで至り、突出するように、巻線11の末端を絶縁ブロック31に挿入していく。
In the
すると、まず、巻線11の、被覆除去部分及び被覆部分の境界、すなわち被覆の端面において、接続リング32のエッジ32aに当たり、樹脂層(最外層)5が除去される。さらに、巻線11を挿入していくと、被覆の端面は、まず、絶縁ブロック31に形成された挿入孔33の先端部と、テーパ孔34の後端側の開口部とがなす角部33aに突き当たる。第1導電層4を構成する絶縁性樹脂(基材)の硬度は、絶縁ブロック31を構成する絶縁性樹脂よりも低い。また、テーパ孔34の後端の内径は、絶縁層3の外径と概ね一致している。このため、巻線11をさらに挿入すると、被覆のうち第1導電層4が角部33aによって除去される。
Then, first, the resin layer (outermost layer) 5 is removed by hitting the
なお、除去された被覆は、接点用孔38から絶縁ブロック31の外に出る。
The removed coating goes out of the insulating
次に、第1導電層4が除去され、絶縁層3が露出した巻線11をテーパ孔34内に押し込んでいく。絶縁層3を構成する絶縁性樹脂の硬度は、絶縁ブロック31を構成する絶縁性樹脂よりも低い。このため、絶縁層3は、テーパ孔34の内面に沿って変形し、テーパが付けられる。これを被覆のテーパ化と呼ぶ。
Next, the first
このようにして、巻線11の末端を絶縁ブロック31へ挿入していくことにより、樹脂層5、第1導電層4の除去及び被覆のテーパ化が行われる。また、接続リング32のエッジ32aと第1導電層4とが接触した状態となる。この結果、接続リング32と第1導電層4との導通が得られる。
By inserting the end of the winding 11 into the insulating
被覆のテーパ化により、絶縁層3と絶縁ブロック31とが相互に密着するため空気が入り難く空隙が生じにくいので、この部位での部分放電を抑制することができる。
Due to the tapering of the coating, the insulating
なお、樹脂層5及び第1導電層4の除去及び被覆のテーパ化の作業性の観点から、巻線11の末端の絶縁ブロック31への挿入は、例えば、圧入又は締め込みにより充分な外力を加えながら行うことが望ましい。
From the viewpoint of workability of removing the
その後、図4に示すように、絶縁ブロック31の拡径部35を塞ぎ、且つ、被覆除去部分の導電線2を包み込むようにして、ワニス状の絶縁接着剤39で固定する。
After that, as shown in FIG. 4, the
上述のような構成からなる端部接続構造30により、巻線11の端部において、接点の一例である接続リング32及び導電部材の一例であるリード線36を介して、第1導電層4と中性点又は接地点との電気的な接続を確立することができる。
With the
また、巻線11の端部において、導電線2及び第1導電層4が空気に接し、例えば2000Vの高電圧が導電線2にかかったとき、両者の距離が近いと空気による絶縁が十分ではなく放電を生じてしまう。端部接続構造30では、テーパ孔34の深さの分だけ、導電線2及び第1導電層4の距離を確保している。また、テーパ孔34内に位置する絶縁層3、テーパ孔34の近傍の絶縁ブロック31及び絶縁接着剤39により、導電線2及び第1導電層4の間を固体絶縁できる。この結果、導電線2に高電圧がかかっても第1導電層4との間で放電が生じるのを抑制することができる。
Further, when the
端部接続構造30は、樹脂層(最外層)5を剥離し、第1導電層4を接続リング32に接触させることができるので、樹脂層5が絶縁層である場合に特に有益であるが、樹脂層5が導電性材料を含む第2導電層である場合にも樹脂のテーパ化や接続リング32による中性点接続の作業性の観点から有益である。
The
上記説明したような端部接続構造30は、高電圧がかかるコイル10において、端部接続構造30自体での部分放電を抑制するのに特に有効である。しかし、本発明の巻線構造を有する巻線を用いたコイルのための端部接続構造は、これに限定されるものではない。
The
(表面接触を利用した中性点接続)
次に、樹脂層(最外層)5の表面の接触を利用した中性点接続部について説明する。この場合、樹脂層5を、絶縁性材料に導電性材料を添加した第2導電層とする。以下の説明では、樹脂層5を第2導電層5と記載する。
(Neutral point connection using surface contact)
Next, the neutral point connection portion utilizing the contact of the surface of the resin layer (outermost layer) 5 will be described. In this case, the
第1導電層と第2導電層に添加される導電性材料は同じ組成であっても違う組成であってもよいが、同じ組成であることが好ましい。 The conductive materials added to the first conductive layer and the second conductive layer may have the same composition or different compositions, but the same composition is preferable.
図2に示すコイル10のように、多重コイルにおいて、巻線11は、芯部12の外周に、その軸方向に沿って、互いに接触させながら巻き回される。このとき、最外層である第2導電層5が、隣接する巻線11の間で互いに接触する。コイル10をその軸方向に沿った切断面(図2参照)で見たとき、図3に示すように、隣接する巻線11の第2導電層5どうしの接点(A)を順次介して電気が導通するようになる。
Like the
したがって、芯部12の外周に巻線11を繰り返して巻き回し(例えば、100ターン)、コイル10の径方向で最も内側に位置する巻線11と、最も外側に位置する巻線11とで導電線2を介した電気の導通距離が極めて長くなったとしても、隣接する第2導電層5どうしの接点(A)を順次介した電気の導通距離は最短で確保することができる。コイル10の径方向で内側に位置する巻線11の第2導電層5と、外側に位置する巻線11との電位差は、導電線2を介した電気の導通距離に応じて大きくなる。しかし、表面接触を利用した中性点接続によれば、コイルの径方向で内側に位置する巻線11の第2導電層5の電位を、外側に位置する巻線11の第2導電層5の電位(以下、表面電位と記載する)に近づけることができる。
Therefore, the winding 11 is repeatedly wound around the outer periphery of the core portion 12 (for example, 100 turns), and the winding 11 located on the innermost side in the radial direction of the
そして、第2導電層5は、第1導電層4の周面上に直接設けられている(図1参照)。したがって、第1導電層4は、巻線11がコイル10の径方向のどの位置にあっても、隣接した巻線11どうしの第2導電層5を順次介して、コイル10の表面電位と等電位になる。さらに、コイル10の表面の巻線11の第2導電層5の電位を中性点電位又は接地電位(図2中、記号Oで示す)にする中性点接続部21を設けることにより、第1導電層4の電位は中性点電位又は接地電位にすることができる。この結果、コイル10における部分放電を抑制できるようになる。
The second
ここでは、変圧器に用いられる多重コイルを例に挙げて説明したが、回転機において、スロットに巻線を繰り返して巻き回した回転子においても同様の課題があり、本実施の形態に係る巻線11を用い、表面接触を利用した中性点接続を適用することにより、解決することができる。
Here, a multiple coil used in a transformer has been described as an example, but in a rotating machine, a rotor in which a winding is repeatedly wound in a slot also has a similar problem, and the winding according to the present embodiment has the same problem. This can be solved by using
<電気機器への応用>
以下、上述の巻線11を用いたコイル10を、電気機器の一例である変圧器及び回転機に用いる場合について説明する。
<Application to electrical equipment>
Hereinafter, a case where the
部分放電は、個々のエネルギーは小さいが、長時間継続するとオゾンを生じ、巻線の被覆に用いられる絶縁性樹脂が酸化により分子切断され、絶縁性が低下し、短絡を生じ、変圧器や回転機の破損に至る。 Partial discharge has a small individual energy, but if it continues for a long time, it produces ozone, and the insulating resin used to coat the windings is molecularly cleaved by oxidation, the insulation is reduced, short circuits occur, and transformers and rotation occur. It leads to damage to the machine.
変圧器に関しては、図2を参照して説明したような多重円筒コイルが主に用いられる。したがって、上述のように、コイルの巻線の折り返し部分が近接した部位での部分放電が生じやすい。 As for the transformer, a multi-cylindrical coil as described with reference to FIG. 2 is mainly used. Therefore, as described above, partial discharge is likely to occur at a portion where the folded portions of the coil windings are close to each other.
一方、回転機に関しては、例えば、巻線を、櫛歯状のスロット(鉄心)に巻き付けて使用する。このため、コイルとスロットとの間で部分放電が生じることがある。 On the other hand, as for the rotating machine, for example, the winding is wound around a comb-shaped slot (iron core) for use. Therefore, a partial discharge may occur between the coil and the slot.
したがって、図1に示すような巻線構造1を有する巻線11(図2参照)を用い、第1導電層4の電位を中間点電位又は接地電位にすることで、変圧器及び回転機の破損を防止することができる。
Therefore, by using the winding 11 (see FIG. 2) having the winding
変圧器において、例えば、コイル10(図2参照)に用いた巻線11の第1導電層4(図1参照)を、中性点接続部21を介して、変圧器の中性点に接続し、第1導電層4の電位を中性点電位とする。
In the transformer, for example, the first conductive layer 4 (see FIG. 1) of the winding 11 used for the coil 10 (see FIG. 2) is connected to the neutral point of the transformer via the neutral
この場合、中性点接続部21は、図2を参照して説明したように、コイル10の表面電位が中性点電位となるように、コイル10の最外層を構成する巻線11の第2導電層5を、変圧器の中性点に接続する。また、隣接する第2導電層5どうしの接点を順次介して電気的な導通を確保する。さらに、第2導電層5に直接接する第1導電層4と電気的な接触を確保する。これにより、第1導電層4の電位を、コイル10の表面電位、すなわち中性点電位とすることができる。
In this case, as described with reference to FIG. 2, the neutral
図5は、本実施の形態に係る巻線構造1を有する巻線11が接続される中性点の一例を示す模式図である。図5に、変圧器に用いられる三相のコイル51、52、53を示す。コイル51、52、53は、それぞれU相コイル、V相コイル、W相コイルである。三相のコイル51、52、53は、互いに120度の位相差で三相交流式の中性点OにY結線されている。中性点Oの電位は、電気的に中性であり、電流が流れない電位である。したがって、上述のコイル10の最外層を構成する巻線11の第2導電層5(図2参照)を、図5中の一点鎖線で示すように、三相交流式の中性点Oに接続することで、第1導電層4の電位を三相交流式の中性点電位にすることができる。
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a neutral point to which the winding 11 having the winding
回転機に関しては、スロットに巻線構造1(図1参照)を有する巻線であって、樹脂層(最外層)5が第2導電層5である場合、巻線とスロットとの接点で電気的な導通を確保できる。したがって、第1導電層4は、隣接する第2導電層5どうしの接点を順次介して、スロットに電気的に接続されるので、第1導電層4の電位は、スロットの電位(以下、スロット電位と記載する)と等電位になる。さらに、コイル10の表面電位を中性点電位又は接地電位(図2中、記号Oで示す)にする中性点接続部を設けることにより、第1導電層4の電位は中性点電位又は接地電位にすることができる。この結果、コイルにおける部分放電を抑制できるようになる。
Regarding the rotating machine, when the winding has a winding structure 1 (see FIG. 1) in the slot and the resin layer (outermost layer) 5 is the second
以上説明したように、本実施の形態に係る巻線構造1(図1参照)によれば、第1導電層4の電位を、中性点電位又は接地電位にすることにより、第1導電層4が、電流が流れない電位をとるようになる。これにより、導電線2と第1導電層4との電位差を低く保持できることから、空隙に生じる電位差を300V以下に抑え、部分放電の発生を抑制することができる。
As described above, according to the winding structure 1 (see FIG. 1) according to the present embodiment, the potential of the first
第1導電層4を、絶縁性樹脂に導電性材料を添加して構成しているため、空隙がなく可撓性に優れているので、部分放電の要因となり難い。
Since the first
第1導電層4をメッキ又はスパッタリング等で形成される金属被膜で構成することも考えられる。しかし、金属被膜は、コイルの芯部に巻線を巻き回す際の曲げや引張によって亀裂を発生したり、部分的に熱抵抗の増加によって破断が生じたりする可能性がある。このような亀裂や破断は空隙が生じる要因となり、空隙がない層を実現することが技術的に極めて困難であり、現実的でない。
It is also conceivable that the first
また、第1導電層4の周面上に樹脂層5を設けている。樹脂層5は、コイル10の芯部12(図2参照)に巻線11を巻き回す際に第1導電層4が擦過により亀裂を発生するのを防止すると共に、樹脂層5自体も空隙がなく可撓性にも優れているので、巻線11の強靭性をより一層高め、しかも取り扱いやすく、コイル10の製造の作業性を低下させることがない。
Further, the
さらに、樹脂層5を、絶縁性樹脂に導電性材料を添加した第2導電層5とすることにより、図2に示すコイル10のような多重コイルなどにおいて、巻線11を繰り返し巻き回す場合、隣接する巻線11の第2導電層5どうしを接触させることにより、電流密度及び熱抵抗を低下させることができる。
Further, when the winding 11 is repeatedly wound in a multiple coil or the like such as the
また、巻線構造1を有する巻線を用いたコイルを適用した変圧器及び回転機において、第1導電層4の電位を中性点電位又は接地電位にすることにより、第1導電層4に大容量の電流が流れるのを回避でき、第1導電層4の破損を防止できる。
Further, in a transformer and a rotating machine to which a coil using a winding having a winding
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている部材などの大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified in various ways. In the above embodiment, the size and shape of the members and the like shown in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within the range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、図5を用いて、第1導電層4(図1参照)を三相交流式の変圧器の中性点に接続する場合について説明したが、単層二線式の交流電力ケーブル及び直流二線式の電力ケーブルの中間電位に第1導電層4を接続してもよい。
For example, in the above embodiment, the case where the first conductive layer 4 (see FIG. 1) is connected to the neutral point of the three-phase AC type transformer has been described with reference to FIG. The first
本発明の巻線構造によれば、巻線の周囲の空隙に生じる電位差に起因する部分放電の発生を効果的に抑えることができるという効果を奏し、特に、変圧器及び回転機に好適に用いることができる。 According to the winding structure of the present invention, it is possible to effectively suppress the generation of partial discharge due to the potential difference generated in the void around the winding, and it is particularly preferably used for transformers and rotating machines. be able to.
1 巻線構造
2 導電線
3 絶縁層
4 第1導電層
5 樹脂層(第2導電層)
10、51、52、53 コイル
11 巻線
12 芯部
13 層間絶縁材
21 中性点接続部(接続部)
30 端部接続構造
31 絶縁ブロック
32 接続リング
39 絶縁接着剤
1 Winding
10, 51, 52, 53
30
Claims (10)
導電線と、
前記導電線の外周上に配置され、絶縁性樹脂からなる絶縁層と、
前記絶縁層の外周上に配置され、前記絶縁性樹脂に導電性材料を添加した第1導電層と、
前記第1導電層の外周上に配置された前記絶縁性樹脂に導電性材料を添加した第2導電層と、
を具備し、
前記第1導電層よりも前記導電性材料の含有率が低いことを特徴とする巻線構造。 It is a winding structure for electrical equipment,
Conductive wire and
An insulating layer made of an insulating resin, which is arranged on the outer circumference of the conductive wire,
A first conductive layer arranged on the outer periphery of the insulating layer and having a conductive material added to the insulating resin,
A second conductive layer in which a conductive material is added to the insulating resin arranged on the outer periphery of the first conductive layer, and
Equipped with
A winding structure characterized in that the content of the conductive material is lower than that of the first conductive layer.
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