JPH1012458A - 樹脂注型コイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線内に発生する熱を細管ヒートパイプの特
性を利用して効率的に放散させ、製作性に優れ、なおか
つ小形・軽量な変圧器などの樹脂注型コイル及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 中空管状の電気絶縁電線として形成され
た細管コンテナ８の内部に作動液を封入した非ループ型
細管ヒートパイプで構成された円筒状巻線９ａと、この
円筒状巻線９ａを注型する注型樹脂２０と、この注型樹
脂２０内に円筒状巻線に密接して設けられ内部を冷却媒
体が循環する中空路１６とを有し、この中空路１６を前
記注型樹脂２０自身によって形成したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂注型コイル及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市部への電力需要の増大に対応
して、都市部に電力機器を設置することが多くなってき
た。この種の電力機器のうち、ビルや地下街に設置され
る機器、とりわけ変圧器のような大型機器には、難燃性
が要求されている。

【０００３】このような背景のもと、変圧器に使用する
絶縁媒体としても、従来の燃えやすい鉱物油から、難燃
性のエポキシ樹脂などでコイルを注型したモールド変圧
器に置き換えられつつある。

【０００４】しかしながら、注型コイルを採用した場
合、コイルの冷却はコイル外表面からの空気対流冷却に
依ることになり、従来の油入機器のように液体の絶縁兼
冷却媒体が対流循環して冷却するものに比べ、著しく冷
却性が落ちる。従って、コイルの発熱量を少なくするた
めに巻線の電流密度を下げるなどの対策が必要になり、
機器が大形化、重量増しを招く傾向にあった。

【０００５】一方、都市部では地価が高く、搬入制限の
厳しい所に機器を設置するという性格上、機器の軽量・
小形化が最優先の課題であり、これらの機器、とりわけ
巻線の冷却性改善が強く望まれている。

【０００６】このような課題を解決する方法として、同
出願人は、非ループ型細管ヒートパイプで巻線を構成す
ることにより巻線の冷却性を改善した構成、すなわち
「変圧器巻線の冷却構造」を先に出願している（特願平
５−７３８９号）。上記出願の内容を図５〜図６に示
す。

【０００７】図５及び図６には、円筒状変圧器巻線の斜
視図と断面図を示す。各図において、中空管状の電気絶
縁電線として形成された細管コンテナ１が、変圧器など
静止誘導機器の円筒状巻線本体を形成し、しかるのち、
その内部に所定の作動液を封入して「非ループ型細管ヒ
ートパイプ」とする。この「細管ヒートパイプ巻線」の
周方向の一部分を放熱部とせしめるように、図示しない
外部熱交換器及び冷媒循環ポンプと連通し、その内部を
所定の冷媒が循環するように構成した冷却パイプ２を、
上記「細管ヒートパイプ巻線」の周方向一部分（以下、
集熱部分と称する）に密接装着する。冷却パイプ２は、
絶縁と熱伝導性の両立のため、熱伝導率の優れた絶縁物
で、望ましくは可撓性のある、例えば高気密性の樹脂な
どで成形した丸形あるいは角形中空パイプを用いる。ち
なみに３は絶縁筒、４は巻線、５は端部支持部材であ
る。

【０００８】このような構成において、巻線で発生した
熱は中空管状の電機絶縁電線内に封入された作動液の軸
方向振動により、集熱部すなわち冷却パイプ装着部分に
輸送され、冷却パイプ２の内部を流れる冷媒によって巻
線外に輸送され、所定の外部熱交換器を介して外部に放
熱される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
巻線４をエポキシ樹脂などで注型する場合、冷却パイプ
２の金型外側への引き出し部には樹脂洩れ防止のシール
を施す必要があり、型構造及び型組み作業を複雑にする
だけでなく、加圧工程でのシール部からの空気吸い込み
によるボイド欠陥形成の可能性もある。

【００１０】さらに、絶縁性冷却パイプが巻線外周面及
び内周面を巻方向に貫通する構成となるため、樹脂と絶
縁性冷却パイプとの境界面の剥離による絶縁不具合の可
能性もある。また、絶縁性冷却パイプはコイル上下端部
の樹脂層も貫通しているので、コイル外表面層に導電性
薄膜を形成して外表面地形のコイルとした場合は、上記
と同様の境界面剥離が致命的な欠陥となる。

【００１１】本発明は、以上のような状況に鑑みなされ
たものであり、巻線内に発生する熱を細管ヒートパイプ
の特性を利用して効率的に放散させ、製作性に優れ、な
おかつ小形・軽量な変圧器などの樹脂注型コイル及びそ
の製造方法を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の樹脂注型
コイルは、中空管状の電気絶縁電線として形成された細
管コンテナの内部に作動液を封入した非ループ型細管ヒ
ートパイプで構成された円筒状巻線と、この円筒状巻線
を注型する注型樹脂と、この注型樹脂内に円筒状巻線に
密接して設けられ内部を冷却媒体が循環する中空路とを
有し、この中空路を前記注型樹脂自身によって形成した
ことを特徴とするものである。このように構成された樹
脂注型コイルにおいては、巻線で発生した熱は、中空管
状の電気絶縁電線内に封入された作動液の軸方向振動に
より集熱部である中空路に輸送され、注空路内を流れる
冷媒によりコイル外に輸送され、中空路と連通する熱交
換器で外部に放熱される。ここで集熱部である中空路は
コイルの注型樹脂自身で形成されているので、中空路に
沿った剥離面のような空隙を生じることは皆無となり、
巻線のターン間絶縁は中空路内を流れる冷媒により保持
され、剥離に起因する絶縁不具合の恐れがなくなる。

【００１３】請求項２記載の樹脂注型コイルは、中空管
状の電気絶縁電線として形成された細管コンテナの内部
に作動液を封入した非ループ型細管ヒートパイプで円筒
状に構成された第１巻線と、この第１巻線と空隙部を保
って同心状に設けれ非ループ型細管ヒートパイプで円筒
状に構成された第２巻線と、前記第１の巻線及びを前記
第２の巻線を注型する注型樹脂と、この注型樹脂内に前
記第１の巻線及びを前記第２の巻線に密接して設けられ
内部を冷却媒体が循環する中空路とを有し、この中空路
を前記注型樹脂自身によって形成したことを特徴とする
ものである。

【００１４】このように構成された樹脂注型コイルにお
いては、請求項１記載のものと同様に、第１の巻線及び
第２の巻線で発生した熱は、中空管状の電気絶縁電線内
に封入された作動液の軸方向振動により集熱部である中
空路に輸送され、注空路内を流れる冷媒によりコイル外
に輸送され、中空路と連通する熱交換器で外部に放熱さ
れる。ここで集熱部である中空路はコイルの注型樹脂自
身で形成されているので、中空路に沿った剥離面のよう
な空隙を生じることは皆無となり、巻線のターン間絶縁
は中空路内を流れる冷媒により保持され、剥離に起因す
る絶縁不具合の恐れがなくなる。

【００１５】請求項３記載の樹脂注型コイルの製造方法
は、円筒状巻線を金型に収納する際、中子を巻線に密着
させ、この中子の一端を下端部金型から、他端を上端部
金型から引き出した状態で樹脂を金型内に注入し、樹脂
硬化後に中子を引き抜いて中空路を形成することを特徴
とするものである。

【００１６】請求項４記載の樹脂注型コイルの製造方法
は、多重円筒状巻線の層間に中子を挿入し、中子の弾性
で中子と巻線を密着させ、この中子の一端を下端部金型
から、他端を上端部金型から引き出した状態で樹脂を注
入し、樹脂硬化後に中子を引き抜いて中空路を形成する
ことを特徴とするものである。

【００１７】請求項５記載の樹脂注型コイルの製造方法
は、請求項３乃至４記載の樹脂注型コイルの製造方法で
用いられる中子を、注型樹脂材料より線膨脹率が大き
く、注型樹脂との非粘着性を有する中実の樹脂などで形
成したものである。中空路を形成するための中子が非粘
着性に優れ、金属や注型樹脂より熱膨脹率が大きいた
め、樹脂注型時（高温状態）では、金型からの中子の引
き出し部に熱膨脹により中子が密着し、シール性が向上
して空気吸い込みによるボイド発生が抑制できる。一
方、硬化後（常温状態）は、中子が収縮すると共に非粘
着性であるので、容易に抜き取ることができる。すなわ
ち、シール作業などの特殊な作業が不要で、容易に本発
明構成の樹脂注型コイルを製造することができる。

【００１８】請求項６記載の樹脂注型コイルの製造方法
は、請求項３乃至４記載の樹脂注型コイルの製造方法で
用いられる中子を、注型樹脂材料との非粘着性のチュー
ブに液体及び気体を封入して形成したものである。

【００１９】請求項７記載の樹脂注型コイルは、請求項
１乃至２記載の樹脂注型コイルにおいて注型樹脂により
前記中空路の出入口に固定し、前記冷却パイプとの接続
に使用する口金を設けたことを特徴とするものである。
金型からの中子の引き出し部に口金を取り付け、注型樹
脂により中空路の出入口に固定すると、外部冷媒循環系
統の配管との接続が容易になり、機器の製造性が向上す
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例にもとづ
き、図面を参照して説明する。なお、変圧器の場合は、
通常、低圧巻線と高圧巻線の２巻線で構成されるが、以
下では１巻線の例で説明する。

【００２１】請求項１、請求項３、請求項５乃至７記載
の発明に基づく実施例を図１及び図２を用いて説明す
る。図１は、本発明の樹脂注形コイルの円筒状巻線構成
における注型前の構成を示す斜視図である。内周金型６
の上に注型樹脂と同じ材質のスペーサ７を複数本配置
し、その上に中空管状の電気絶縁電線として形成された
コンテナ８を円筒状に巻き付けて巻線９ａを構成する。
ここで中空管状のコンテナ８としては、例えば、銅ある
いはアルミニウムのような低電気抵抗で高熱伝導率の中
空管状導体の上に、所定厚さの絶縁層（高熱伝導率の方
が望ましい）を設けたものである。

【００２２】しかる後、巻線９ａの巻始めまたは巻終り
端から中空管状コンテナ８の中空部分の真空引きを行
い、所定量の作動液を封入し、巻線自信を「非ループ型
細管ヒートパイプ」として構成せしめる。作動液は通
常、純水やフッ素性液体などを用いる。

【００２３】次に、注型樹脂を注型してコイルを形成す
るため、巻線９ａを内周金型６、外周金型１０及び上下
端部金型１１、１２で囲むように収納する。その際、中
子１３を巻線９ａの周方向の一部分に密着するように装
着した後、中子１３の両端を上下端部金型１１、１２か
ら引き出す。中子１３は注型樹脂より線膨脹率が大き
く、非粘着性を有するシリコーン樹脂やフッ素樹脂、ポ
リエチレン樹脂などの中実棒や、フッ素樹脂やポリエチ
エレン樹脂などのチューブに液体や気体を封入した棒状
のものを用いる。上下端部金型１１、１２からの中子１
３の引き出し部分は、金型の穴明け部１４に中子１３を
通すだけでも構成可能であるが、穴明け部１４に筒形状
の口金１５を樹脂洩れがなく、後で取り外せる構造にて
取り付け、その筒内を中子１３を通す構成とし、注型時
の金型のシール性を向上させることもできる。

【００２４】上記のように型組したものに図示しない注
入口より注型樹脂２０を注入し注型する。樹脂硬化後、
各金型６、１０、１１、１２を取り外し、中子１３を抜
き取ると、図２に示すように、注型樹脂２０自身で形成
された集熱部となる中空路１６の両端に口金１５が取り
付けられた樹脂注型コイルが得られる。

【００２５】このような構成であると、中空管状の細管
コンテナ８は最終的に「非ループ型細管ヒートパイプ」
になるので、通電により巻線９ａに発生した熱は、コン
テナ８内に封入された作動液の軸方向振動により、集熱
部である中空路１６に輸送され、さらに中空路１６内を
循環する冷媒に伝達され、巻線外に輸送され、外部熱交
換器を介して外部に放熱される。

【００２６】集熱部である中空路１６は注型樹脂２０自
身で形成されているので、中空路１６沿いに剥離を生じ
る可能性は皆無である。また、中空路１６内は絶縁性の
冷媒で見たされているので、巻線のターン間絶縁や、外
表面接地形コイルとした場合の対地絶縁は冷媒により保
持され、剥離に起因する絶縁不具合の恐れがなくなる。

【００２７】また、中子１３はシリコーン樹脂やフッ素
樹脂などの、金属や注型樹脂より線膨脹率が大きく、非
粘着性を有する材料で構成したので、樹脂注型時（高温
状態）では、中子１３は熱膨張により上下端部金型の穴
明け部１４、または口金１５の内周面に密着し、注型樹
脂の洩れや中型後の加圧工程での空気の吸い込みによる
ボイド欠陥形成の可能性が大幅に減る。一方、硬化後
（常温状態）では、中子１３は収縮すると共に非粘着性
なので、容易に拭き去ることができる。さらに、フッ素
樹脂やポリエチレン樹脂などのチューブに液体や気体を
封入した中子を用いた場合は、硬化後、封入した液体や
気体を排出することにより、より容易に中子を拭き去る
ことができる。すなわち、シール作業などの特殊な作業
が不要で、容易に本発明構成の樹脂注型コイルを製造す
ることができる。

【００２８】さらに、中空路１６の両端に口金１５を設
置することにより、中子１３の引き出し部での接触面積
を大きく取れ、樹脂注型時の中子１３の熱膨張によるシ
ール効果はより高められる。また、両端から口金１５が
出ていることにより、配管部品による外部冷媒循環系統
との接続が容易になり、機器の製造性が向上する。

【００２９】次に、請求項２、請求項４、請求項５乃至
７記載の発明に基づく実施例を図３及び図４を用いて説
明する。図３は、本発明の多重円筒状巻線構成における
注型前の構成を示す斜視図である。

【００３０】多重円筒巻線は、内型金型６にスペーサ７
を配置した上に、コンテナ８を円筒状に巻き付けるが、
第１層１７（第１の巻線）を巻回した上に絶縁スペーサ
を配置し、その上に第１層に連続して第２層１８（第２
の巻線）を巻回し、巻線９ｂを形成する。

【００３１】中子１３は、第１層と第２層の間の空隙部
１９に、第１層と第２層の双方の巻線の周方向の一部分
に密着するように装着する。中子１３の装着は、第１層
１７を巻回した上に絶縁スペーサと並べて中子１３を配
置し、その上に第２層１８を巻回することにより密着さ
せるか、もしくは第２層まで巻回後、空隙部１９に圧入
する。

【００３２】注型樹脂を注型してコイルを形成するた
め、巻線９ｂを内周金型６、外周金型１０及び上下端部
金型１１、１２で囲むように収納する。その際、中子１
３を巻線９ｂの第１層と第２層の間の空隙部１９に、第
１層と第２層の双方の巻線の周方向の一部分に密着する
ように装着した後、中子１３の両端を上下端部金型１
１、１２から引き出す。中子１３は注型樹脂より線膨脹
率が大きく、非粘着性を有するシリコーン樹脂やフッ素
樹脂、ポリエチレン樹脂などの中実棒や、フッ素樹脂や
ポリエチエレン樹脂などのチューブに液体や気体を封入
した棒状のものを用いる。上下端部金型１１、１２から
の中子１３の引き出し部分は、金型の穴明け部１４に中
子１３を通すだけでも構成可能であるが、穴明け部１４
に筒形状の口金１５を樹脂洩れがなく、後で取り外せる
構造にて取り付け、その筒内を中子１３を通す構成と
し、注型時の金型のシール性を向上させることもでき
る。

【００３３】上記のように型組したものに図示しない注
入口より注型樹脂２０を注入し注型する。樹脂硬化後、
各金型６、１０、１１、１２を取り外し、中子１３を抜
き取ると、図４に示すように、注型樹脂２０自身で形成
された集熱部となる中空路１６の両端に口金１５が取り
付けられた注型コイルが得られる。

【００３４】このような構成であると、中空管状の細管
コンテナ８は最終的に「非ループ型細管ヒートパイプ」
になるので、通電により巻線９ｂに発生した熱は、コン
テナ８内に封入された作動液の軸方向振動により、集熱
部である中空路１６に輸送され、さらに中空路１６内を
循環する冷媒に伝達され、巻線外に輸送され、外部熱交
換器を介して外部に放熱される。

【００３５】集熱部である中空路１６は注型樹脂２０自
身で形成されているので、中空路１６沿いに剥離を生じ
る可能性は皆無である。また、中空路１６内は絶縁性の
冷媒で見たされているので、巻線のターン間絶縁や、外
表面接地形コイルとした場合の対地絶縁は冷媒により保
持され、剥離に起因する絶縁不具合の恐れがなくなる。

【００３６】また、中子１３はシリコーン樹脂やフッ素
樹脂などの、金属や注型樹脂より線膨脹率が大きく、非
粘着性を有する材料で構成したので、樹脂注型時（高温
状態）では、中子１３は熱膨張により上下端部金型の穴
明け部１４、または口金１５の内周面に密着し、注型樹
脂の洩れや中型後の加圧工程での空気の吸い込みによる
ボイド欠陥形成の可能性が大幅に減る。一方、硬化後
（常温状態）では、中子１３は収縮すると共に非粘着性
なので、容易に拭き去ることができる。さらに、フッ素
樹脂やポリエチレン樹脂などのチューブに液体や気体を
封入した中子を用いた場合は、硬化後、封入した液体や
気体を排出することにより、より容易に中子を拭き去る
ことができる。すなわち、シール作業などの特殊な作業
が不要で、容易に樹脂注型コイルを製造することができ
る。

【００３７】さらに、中空路１６の両端に口金１５を設
置することにより、中子１３の引き出し部での接触面積
を大きく取れ、樹脂注型時の中子１３の熱膨張によるシ
ール効果はより高められる。また、両端から口金１５が
出ていることにより、配管部品による外部冷媒循環系統
との接続が容易になり、機器の製造性が向上する。

【００３８】以上述べたように、上記実施例によれば、
注型コイルにおいて、中空管状の電気絶縁電線として形
成された細管コンテナで、変圧器など静止誘導機器の円
筒状巻線本体を形成し、しかる後に、その内部に所定の
作動液を封入して「非ループ型細管ヒートパイプ巻線」
とし、この巻線の周方向の一部分を放熱部とせしめるよ
うに、上記「細管ヒートパイプ巻線」の集熱部分に密接
し、外部熱交換器及び冷媒循環ポンプと連通し、その内
部を冷媒が循環するように構成した中空路を、巻線を注
型する樹脂自信によって形成したので、従来の絶縁兼冷
却媒体を巻線全体に対流循環して冷却するのでなく、巻
線から直接集熱して外部に放散する独立した冷却系とな
っており、さらに細管ヒートパイプにより巻線の温度分
布の均一化がなされるので、コイルを樹脂で注型した場
合でも優れた冷却性能が得られ、巻線の小形・軽量化が
図れる。また、集熱部である中空路は注型樹脂自身で形
成されていて、剥離の発生がなく、中空路内は絶縁性の
冷媒で満たされているので、剥離に起因した絶縁不具合
の恐れがなくなる。

【００３９】さらに、中空路の形成には、中子（シリコ
ーン樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂などの中実
棒、またはフッ素樹脂やポリエチレン樹脂などのチュー
ブに液体や気体を封入したものを用いる）を巻線に密着
させ、この中子の一端を金型下端から、他端を金型上端
から引き出した状態で樹脂を注型し、樹脂硬化後に中子
を引き抜いて形成したので、中子材料の非粘着性や金属
や中型樹脂より大きい線膨脹率により、樹脂注型時（高
温状態）では、金型からの引き出し部で中子が密着し、
シール性が向上して空気吸い込みによるボイド発生が抑
制でき、一方、硬化後（常温状態）では、中子が収縮
し、非粘着性により容易に拭き取ることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、巻線内に発生する熱を細管ヒ
ートパイプの特性を利用して効率的に放散させ、製作性
に優れ、なおかつ小形・軽量な変圧器などの樹脂注型コ
イル及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施例における樹脂注型コイル
の注型前の構成を示す斜視図

【図２】本発明に基づく実施例における樹脂注型コイル
を示す斜視図

【図３】本発明に基づく実施例における樹脂注型コイル
の多重円筒形巻線の注型前の構成を示す斜視図

【図４】本発明に基づく実施例における樹脂注型コイル
の多重円筒形巻線を示す斜視図

【図５】従来の樹脂注型コイルを示す斜視図

【図６】図５に示される樹脂注型コイルの部分断面図

【符号の説明】

６は内周金型、７はスペーサ、８はコンテナ、９ａは巻
線、９ｂは巻線、１０は外周金型、１３は中子、１４は
穴明け部、１５は口金、１６は中空路、１７は第１層、
１８は第２層、１９は空隙部である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空管状の電気絶縁電線として形成され
   た細管コンテナの内部に作動液を封入した非ループ型細
   管ヒートパイプで構成された円筒状巻線と、この円筒状
   巻線を注型する注型樹脂と、この注型樹脂内に円筒状巻
   線に密接して設けられ内部を冷却媒体が循環する中空路
   とを有し、この中空路を前記注型樹脂自身によって形成
   したことを特徴とする樹脂注型コイル。
2. 【請求項２】 中空管状の電気絶縁電線として形成され
   た細管コンテナの内部に作動液を封入した非ループ型細
   管ヒートパイプで円筒状に構成された第１巻線と、この
   第１巻線と空隙部を保って同心状に設けれ非ループ型細
   管ヒートパイプで円筒状に構成された第２巻線と、前記
   第１の巻線及びを前記第２の巻線を注型する注型樹脂
   と、この注型樹脂内に前記第１の巻線及びを前記第２の
   巻線に密接して設けられ内部を冷却媒体が循環する中空
   路とを有し、この中空路を前記注型樹脂自身によって形
   成したことを特徴とする樹脂注型コイル。
3. 【請求項３】 円筒状巻線を金型に収納する際、中子を
   巻線に密着させ、この中子の一端を下端部金型から、他
   端を上端部金型から引き出した状態で樹脂を金型内に注
   入し、樹脂硬化後に中子を引き抜いて中空路を形成する
   ことを特徴とする樹脂注型コイルの製造方法。
4. 【請求項４】 多重円筒状巻線の層間に中子を挿入し、
   中子の弾性で中子と巻線を密着させ、この中子の一端を
   下端部金型から、他端を上端部金型から引き出した状態
   で樹脂を注入し、樹脂硬化後に中子を引き抜いて中空路
   を形成することを特徴とする樹脂注型コイルの製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記中子を、注型樹脂材料より線膨脹率
   が大きく、注型樹脂との非粘着性を有する中実の樹脂な
   どで形成したことを特徴とする請求項３乃至４記載の樹
   脂注型コイルの製造方法。
6. 【請求項６】 前記中子を、注型樹脂材料との非粘着性
   のチューブに液体及び気体を封入して形成したことを特
   徴とする請求項３乃至４記載の樹脂注型コイルの製造方
   法。
7. 【請求項７】 注型樹脂により前記中空路の出入口に固
   定し、前記冷却パイプとの接続に使用する口金を設けた
   ことを特徴とする請求項１乃至２記載の樹脂注型コイ
   ル。