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技術 モールド変圧器

出願人 株式会社日立産機システム
発明者 佐藤孝平海津朋宏
出願日 2012年2月20日 (8年4ヶ月経過) 出願番号 2012-033755
公開日 2012年7月19日 (7年11ヶ月経過) 公開番号 2012-138596
状態 拒絶査定
技術分野 コイルの絶縁 電気コイル一般 変成器又はリアクトル一般
主要キーワード 使用材料量 変位比 二次元解 長辺中央 代表機 締金具 長辺寸法 座屈荷重
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年7月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

品質経済的なモールド変圧器用ボビン及びその製造方法を提供する。

解決手段

樹脂製で矩形形状を有するモールド変圧器用ボビン23cは、ある厚さのガラスロービングクロス基材をある一辺(長い方の辺)の中央から巻き付け始端23csで巻き始めて、巻き始めの箇所と対向する辺の中央において巻き付け終端23ceで巻き終わりボビンの厚さが基材の厚さ分だけ違う二種類の厚みを持ったボビンとなる。基材の巻回数が多く厚さの厚い部分は、モールドコイルの製造時に樹脂の硬化収縮の力が作用してもボビンが内側に座屈に耐える強度を得ることに寄与し、基材の巻回数が少ない薄い部分は使用する材料の量を少なくするのに寄与している。コイル内側に樹脂製ボビンを適用し、これをコイルの一部として製品に組み込むことで、モールドコイルの製造に際して、巻型を待つこと無く巻線の実施が可能となり、ハンドリングの向上を図ることができる。

概要

背景

従来、電気絶縁物被覆した導体巻回して得た巻線エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂組成物モールドしたモールドコイルは、機械的強度絶縁性能及び難燃性に優れているために、主にモールド変圧器に適用されている。高圧受配電用モールド変圧器のモールドコイルの製造については、鉄製の巻型絶縁物と巻線を巻き付けて製造する場合がある。巻型は、鉄の融液を型に注ぐ注型・融液が凝固する硬化・凝固した巻型を型から剥がす型バラシの工程を経た後に取り出される。そのため、巻型は工程の多くの間、製品とともに流れ、次製品の巻線をする場合は前製品の型バラシが終わるまで巻型を待つ必要がある。こうした待ちを解消するには、巻型の数を増やす必要がある。いずれも、巻型のハンドリングが悪くなるという実情がある。

これに対する対策として、コイル内側に配置される樹脂製ボビンを採用し、樹脂製ボビンにコイルを巻き付けて更に樹脂で固めてモールドコイルとし、ボビンはその一部として製品に組み込んでしまうことが考えられる。こうした対策によれば、巻型を待つこと無くして巻線の実施が可能となり、ハンドリングの向上を図ることができる。

樹脂製ボビンの場合には、ある厚さのガラスロービングクロス基材を型に数回巻きつけてある厚みを持たせて製作される。しかしながら、ボビンが矩形の場合、基材の巻回数が少なく厚さが薄いときには、ボビンはモールドコイルの製造時に樹脂の硬化収縮の力によって内側に座屈することがある。基材の巻回数が多い場合は、投入する材料が増えるために、環境上好ましくない。

薄手(厚さ1mm未満)の樹脂(熱可塑性樹脂)を巻き付けた変圧器用ボビン巻枠)において、ある一辺中央付近に一端部を配置し、他端部を対向する辺の中央部で終わるように構成した変圧器用ボビンが開示されている(特許文献1)。
特開平05−505910号公報(請求項1、明細書4頁左上欄及び図3)

概要

品質経済的なモールド変圧器用ボビン及びその製造方法を提供する。樹脂製で矩形形状を有するモールド変圧器用ボビン23cは、ある厚さのガラスロービングクロス基材をある一辺(長い方の辺)の中央から巻き付け始端23csで巻き始めて、巻き始めの箇所と対向する辺の中央において巻き付け終端23ceで巻き終わり、ボビンの厚さが基材の厚さ分だけ違う二種類の厚みを持ったボビンとなる。基材の巻回数が多く厚さの厚い部分は、モールドコイルの製造時に樹脂の硬化収縮の力が作用してもボビンが内側に座屈に耐える強度を得ることに寄与し、基材の巻回数が少ない薄い部分は使用する材料の量を少なくするのに寄与している。コイル内側に樹脂製ボビンを適用し、これをコイルの一部として製品に組み込むことで、モールドコイルの製造に際して、巻型を待つこと無く巻線の実施が可能となり、ハンドリングの向上をることができる。

目的

本発明の目的は、上記の問題を解決して、高品質で経済的なモールド変圧器用ボビン及びその製造方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

薄手樹脂製基材矩形に巻きつけて成るモールド変圧器用ボビンにおいて、前記矩形のある一辺の中央から巻き始めて、前記矩形の当該巻き始めの箇所と対向する辺の中央で巻き終わることから成るモールド変圧器用ボビン。

請求項2

前記樹脂製基材が巻き始まり且つ巻き終わる前記矩形の前記一辺とそれに対向する前記辺は、前記矩形の長辺であることから成る請求項1に記載のモールド変圧器用ボビン。

請求項3

前記ボビンの外周に巻線が配置され更にその外側にレジンが設けられることでモールドコイルが形成されることから成る請求項1又は2に記載のモールド変圧器用ボビン。

請求項4

薄手の樹脂製基材を矩形のある一辺の中央から巻き始めて、前記矩形の当該巻き始めの箇所と対向する辺の中央で巻き終わることから成るモールド変圧器用ボビンの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、高圧配電用等のモールド変圧器コイルを構成するボビン及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、電気絶縁物被覆した導体巻回して得た巻線エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂組成物モールドしたモールドコイルは、機械的強度絶縁性能及び難燃性に優れているために、主にモールド変圧器に適用されている。高圧受配電用モールド変圧器のモールドコイルの製造については、鉄製の巻型絶縁物と巻線を巻き付けて製造する場合がある。巻型は、鉄の融液を型に注ぐ注型・融液が凝固する硬化・凝固した巻型を型から剥がす型バラシの工程を経た後に取り出される。そのため、巻型は工程の多くの間、製品とともに流れ、次製品の巻線をする場合は前製品の型バラシが終わるまで巻型を待つ必要がある。こうした待ちを解消するには、巻型の数を増やす必要がある。いずれも、巻型のハンドリングが悪くなるという実情がある。

0003

これに対する対策として、コイル内側に配置される樹脂製ボビンを採用し、樹脂製ボビンにコイルを巻き付けて更に樹脂で固めてモールドコイルとし、ボビンはその一部として製品に組み込んでしまうことが考えられる。こうした対策によれば、巻型を待つこと無くして巻線の実施が可能となり、ハンドリングの向上を図ることができる。

0004

樹脂製ボビンの場合には、ある厚さのガラスロービングクロス基材を型に数回巻きつけてある厚みを持たせて製作される。しかしながら、ボビンが矩形の場合、基材の巻回数が少なく厚さが薄いときには、ボビンはモールドコイルの製造時に樹脂の硬化収縮の力によって内側に座屈することがある。基材の巻回数が多い場合は、投入する材料が増えるために、環境上好ましくない。

0005

薄手(厚さ1mm未満)の樹脂(熱可塑性樹脂)を巻き付けた変圧器用ボビン巻枠)において、ある一辺中央付近に一端部を配置し、他端部を対向する辺の中央部で終わるように構成した変圧器用ボビンが開示されている(特許文献1)。
特開平05−505910号公報(請求項1、明細書4頁左上欄及び図3

発明が解決しようとする課題

0006

そこで、薄手の樹脂製基材の巻き付けて成るモールド変圧器用ボビンにおいて、前提となるボビンの形状を矩形のままとしながらも、樹脂製基材の巻き付け方に工夫を施すことで、材料使用量を節約しつつボビンの強度を確保する点で解決すべき課題がある。

0007

本発明の目的は、上記の問題を解決して、高品質経済的なモールド変圧器用ボビン及びその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するため、本発明によるモールド変圧器用ボビンは、薄手の樹脂製基材を矩形に巻きつけて成るモールド変圧器用ボビンにおいて、前記矩形のある一辺の中央から巻き始めて、前記矩形の当該巻き始めの箇所と対向する辺の中央で巻き終わることから成っている。

0009

また、本発明によるモールド変圧器用ボビンの製造方法は、薄手の樹脂製基材を矩形のある一辺の中央から巻き始めて、前記矩形の当該巻き始めの箇所と対向する辺の中央で巻き終わることから成っている。

0010

このモールド変圧器用ボビン及びその製造方向によれば、ボビンの厚さが基材の厚さ分だけ違う二種類の厚みを持ったボビンが得られる。ボビンのうち、基材の巻回数が多く厚さの厚い部分は、モールドコイルの製造時に樹脂の硬化収縮の力が作用してもボビンが内側に座屈に耐える強度を得ることに寄与し、基材の巻回数が少ない薄い部分は使用する材料の量を少なくするのに寄与している。コイル内側に樹脂製ボビンを適用し、これをコイルの一部として製品に組み込むことで、モールドコイルの製造に際して、巻型を待つこと無くして巻線の実施が可能となり、ハンドリングの向上を図ることができる。

発明の効果

0011

本発明によれば、基材をある一辺の中央から巻き始めて、巻き始めの箇所と対向する辺の中央で巻き終わる構成であるので、ボビンの厚さが基材の厚さ分だけ違う二種類の厚みを持ったボビンが得られる。製造時に樹脂材料の冷却に伴って収縮力がボビンに生じても、必要な強度が確保されているのでボビンが座屈することがなく、しかも材料使用量の少ないモールド変圧器用ボビンと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

0012

本発明によるボビンが適用されるモールド変圧器の一例を示す図である。
図1に示すモールド変圧器に用いられるモールドコイルの断面図である。
図2に示すモールドコイルに用いられるモールド変圧器用ボビンとその比較例の構造を示す図である。
本発明によるモールド変圧器用ボビンの応力解析結果(変位)の一例を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、図面を参照して、本発明によるモールド変圧器用ボビンの実施例を説明する。図1は、この発明によるボビンが適用されるモールド変圧器の一例を示す図であり、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。図2図1に示すモールド変圧器の平面60について矢印61の方向から見た断面図である。図3図2に示すモールド変圧器に用いられる樹脂製ボビンの実施例を示す図である。

0014

高圧受配電用モールド変圧器19は、図1図2に示すように、主として、中心に配置される鉄心1、鉄心1の周囲に配置されて交番磁界を発生する一次(高圧側;巻数多)コイル2、鉄心1と一次コイル2との間に配置される二次(低圧側;巻数少)コイル20、一次コイル2の接続端子として変圧器19の外側に引き出されている一次端子10、二次コイル20の接続端子として変圧器19の外側に引き出されている二次端子11、変圧器19の金具12等より構成される。一次コイル2と二次コイル20との間は、絶縁と冷却を兼ねる空気層となっている。金具12は、鉄心1とコイルとを上方と下方とから締め付けて支持する上締金具と下締金具とから成っている。

0015

一次コイル2は、図2に示すように、最外側に設けられるレジン21、レジン21の内側に設けられる巻線22、巻線22の内周に配置される樹脂製ボビン23等より成る。

0016

変圧器19においては、電気的に分離した一次コイル2と二次コイル20が鉄心1によって磁気的に結合した状態にある。そのため、変圧器19によれば、一次コイル2と二次コイル20の巻数比がそのまま電圧比となって電圧変換される。最も標準的な受配電用モールド変圧器では、一次端子10に6600Vで受電し、二次端子11に電圧210Vが誘起される。変圧器ユーザは、二次端子11に負荷を接続して使用する。

0017

樹脂製ボビン23は通常、図3(a)(b)に示すように基材(ガラスロービングクロス基材;厚さ約0.5mm)を短辺から巻き始め、数回巻きまわし、巻き始めた辺と同じ短辺で巻き終えて製作される。即ち、図3(a)に図示の樹脂製ボビン23aでは、基材は巻き付け始端23asから6回巻きまわされて巻き付け終端23aeで終わっており、図3(b)に図示の樹脂製ボビン23bでは基材は巻き付け始端23bsから5回巻きまわされて巻き付け終端23beで終わっている。ボビン23a,23bの厚さは、この短辺部で一層分の厚みが増す以外、均一になるように製作されている。

0018

一方、この樹脂製ボビン23を使用してモールドコイルを製作する場合、ボビン23に巻き線22を巻き付けた後に外型を用いてレジン21を注型し、硬化炉で所定の温度と時間をかけて硬化した後に出炉する。出炉後のコイルにおいてもレジンは硬化収縮を続けており、この硬化収縮によりコイルの内周側に応力が加わる。ボビンが十分厚く製作される場合はボビンの強度が増すため座屈は起こらないが、使用材料量が増すので製造コストが上昇する。一方、ボビンを薄くすると、上記のレジンが硬化収縮する際に、ボビンが内側に向かって座屈を生じる場合がある。変圧器の規模にもよるが、6回巻きのボビン23aでは座屈が生じず、5回巻きのボビン23bでは強度不足で座屈を生じることがある。

0019

図3(c)は、本発明による樹脂製ボビンの実施例を示す図である。図3(c)に示すボビン23cは、基材を矩形の長辺中央部において巻き付け始端23csから巻き始めて5回半巻き付け、始端23csが存在する長辺中央部と対向する長辺中央部において巻き付け終端23ceで巻き終えて製作されている。長辺中央より上側は図3(a)と同じ厚さ(6回巻き)となり、長辺中央より下側は図3(b)と同じ厚さ(5回巻き)となる。このような構成とすることにより、図3(a)よりも投入する基材や樹脂の量を低減しながらも、座屈強度については、図3(b)に比べて増加させ、図3(a)と比較して遜色ない座屈強度を有するボビンを提供することが可能となる。

0020

6回巻きボビン、5回巻きボビン、本発明ボビンの各ボビンに対して座屈強度の比較検討を行うために、有限要素法による内部応力解析を行い、座屈時における変位の比較を行った。座屈は主にボビン長辺中央で起こるため、解析モデル図3(a)〜(c)に示すボビンの長辺3a、3b、3cにおける二次元解析とし、ここでは筒形状であるボビンの高さ方向は考慮しなかった。長辺長さは代表機種のボビン長辺寸法である190mmとした。また、座屈時のボビンに発生する力を模擬するため、長辺の両端を固定点とし、長辺中央部に集中荷重を加えて解析を行った。ここで、解析結果である変位及び応力の絶対値に意味を持たせて考えず、あくまで解析の目的をボビン3種類の変位比較としたため、集中荷重の大きさには特別な意味はなく、ここでは588.4Nとした。
解析結果を図4(a)〜(c)に示す。図4において、斜めの薄い直線は荷重を受ける前のボビン長辺部を示しており、凹みを有した曲線が長辺中央部に集中荷重を受けた状態を示している。同図(a)の曲線は6回巻きボビンの変位、同図(b)の曲線は5回巻きボビンの変位、同図(c)の曲線は本発明ボビンの変位を示す。ここで変位は倍率400倍で表示している。6回巻きボビンの変位が5.364×10−2mmであるのに対して5回巻きボビンの変位が9.254×10−2mmと約73%増加しているが、本発明ボビンは6.968×10−2mmと約30%増加に止まっていることが分かる。以上のように、本発明ボビンでは巻き数は6回巻きと比較して少ないが、6回巻きと比較して遜色ない強度を示していることが判る。即ち、等質な構造である場合には、どちらの角部からも距離が等しい矩形の長辺の中央付近で座屈が生じやすいが、座屈荷重が作用する長手方向で見て材料の巻回数が異なるがゆえに異質となり、厚みの厚い部分が座屈に対する抵抗性を示すものと推察される。

0021

本発明を実施することで、モールド変圧器用コイルの製造工程においてボビンが座屈することなく、材料投入量の少ないボビンを提供することができる。

0022

1‥鉄心2‥一次コイル
10‥一次端子11‥二次端子
12‥金具19‥高圧受配電用モールド変圧器、
20‥二次コイル21‥レジン
22‥巻線
23‥樹脂製ボビン
23a,23b,23c‥樹脂製ボビン
23as,23bs,23cs‥基材の巻き付け始端
23ae,23be,23ce‥基材の巻き付け終端
3a‥6回巻きボビンに関する有限要素法の解析範囲
3b‥5回巻きボビンに関する有限要素法の解析範囲
3c‥本発明ボビンに関する有限要素法の解析範囲

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