JP2000041354A - 高電圧絶縁ステ―タ巻線 - Google Patents

高電圧絶縁ステ―タ巻線

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、新規な巻線絶縁材を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 少なくとも一つの巻線バー（１０）を有
する電気機械用の高電圧絶縁ステータ巻線であって、ス
テータ巻線バー（１０）は、互いに重ねて配置された複
数の絶縁層（２２）を備えた巻線絶縁材（１３）によっ
て囲まれ、各絶縁層（２２）はベース（１６）上に配置
された、特にマイカぺーパ（１４）の形態の絶縁材料を
備えており、耐熱プラスチックフィルムがベース（１
６）として使用され、該プラスチックフィルムが、コロ
ナ放電に耐えることができるフィラーを導入して改良さ
れていることにより、改善された誘電利用度（耐電圧
性）と改善された温度利用度（熱放散性）とが達成され
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、電気機械の分野に
関連する。本発明は、少なくとも１つのステータ巻線バ
ーを有する高電圧絶縁ステータ巻線に関連し、このステ
ータ巻線バーは、重ねて配置された複数の絶縁層を備え
た巻線絶縁材によって囲まれ、各絶縁層がベース上に配
置された、詳細にはマイカぺーパ（雲母紙）の形態の、
絶縁材料で構成されている高電圧絶縁ステータ巻線に関
する。
【０００２】
【従来の技術】マイカペーパのベースとして、繊維また
は不織布が用いられているこのようなステータ巻線は、
先行技術において一般に知られている。
【０００３】発電に用いられるような高電圧発生器また
は高電圧モータでは、ステータ巻線は、通常、積層され
たステータコアの対応するスロットに挿入され且つそこ
に固定された巻線バーを備えている。積層ステータコア
から絶縁するために、ステータ巻線は、高電圧に耐えら
れる巻線絶縁材によって囲まれており、何層かの巻線絶
縁材がストリップとして巻線バーのまわりに巻き付けら
れ、引き続いて、（溶剤を含まない）含浸樹脂を含浸さ
せられている。絶縁巻線ストリップは、実質的には、マ
イカペーパからなり、機械的な理由により、ベースにつ
けられ、このベースに連結されている。絶縁材料（ガラ
スまたはプラスチック繊維）からなる繊維または不織布
が、通常、べース材料として使用される。この場合、ベ
ースは、引き続く含浸のために必要な中間空間を提供す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】巻線絶縁材用の材料の
耐電圧性に関するますます厳しい要求は、絶縁材の厚さ
および巻かれた層の数の増大させている。しかしなが
ら、厚さが増加するにつれて、同時に巻線と積層ステー
タコアとの間の熱伝達が悪化し、熱損失の散逸の問題が
生じる。さらに、どのようなステータジオメトリに対し
ても、巻線を、より小さな導体断面に設計しなければな
らず、この結果、発生するパワーが減少する。
【０００５】したがって、本発明の１つの目的は、機械
の利用度を改善するために、新規な巻線絶縁材を提供す
ることであり、同時に、この改良された巻線絶縁材は、
改良された誘電利用度（耐電圧性）および改良された熱
利用度（耐熱性）を特徴としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述したタイプのステー
タ巻線の場合には、コロナ放電に耐えることができるフ
ィラーを導入することによって改良した（高品質）耐熱
プラスチックフィルムをベースとして使用することによ
って、上記目的が達成される。デュポン社が、例えば商
品名「カプトン ＣＲ（ＫＡＰＴＯＮ ＣＲ）」として
市販し、電線の絶縁用にベース材料として既に使用され
ている改良プラスチックフィルムを使用することによっ
て、同じ誘電抵抗の場合には巻線絶縁材の厚さを減少さ
せることができ、同じ厚さの場合には、誘電抵抗を増大
させることができ。絶縁材の構造は、同時に、フィルム
状ベースによって均質化される。このようなフィルムを
使用することにより、３ｋｖ／ｍｍより大きな動作電界
強さを可能とし、且つ、クラスＦより良い熱的機械利用
度(thermal machine utilization)を達成できる。
【０００７】本発明の第１の好ましい実施形態は、ポリ
イミドまたはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ:poly-
ethylene-naphthalate）から構成されたフィルムをベー
スとして使用し、かつ、金属酸化物、特に、酸化アルミ
ニウムまたは窒化硼素をフィラーとして使用することを
特徴としている。フィルムの材料を特別に選択すること
により、ベースが機械的及び電気的要求に確実に応じる
ことができるようになる。フィラーが、コロナ放電およ
びグロー放電の劣化作用に対する抵抗性をベースに付与
する。
【０００８】もし、本発明の第２の好ましい実施形態に
よって、ベースを３つの層から構成し、フィラーを含ま
ないコア層をフィラーを含むカバー層の間に配置し、且
つ、ベースの３つの層の各々の厚さをベースの厚さの約
３分の１にすれば、機械特性および電気特性の特別に有
利な組み合わせが得られる。充填されていないコア層
が、主に機械的強度を保証する一方、充填されたカバー
層がベースの表面をコロナ放電から保護する。
【０００９】実施により証明されている、本発明による
ステータ巻線の別の好ましい実施態様は、巻線絶縁体が
含浸樹脂で含浸させられており、含浸を容易にするため
チャンネル即ち流路が絶縁層の間に配置され、このチャ
ンネルを形成するために、繊維、特にガラス繊維で形成
された中間層が絶縁層の間に配置され、絶縁層と中間層
の厚さの比率が５：１であり、更に、中間層の各々の間
に複数の絶縁層が、中間層の数に対する絶縁層の数の全
体比率が５：１であるように配置されていることを特徴
としている。このような構成により、巻線絶縁体の電気
特性および温度特性を不必要に悪化させることなく、適
切な含浸が可能となる。
【００１０】別の実施形態が従属項に由来する。
【００１１】添付図面に関連して考慮すると、以下の詳
細な説明を参照することによって、本発明及びこれに伴
う利点の多くの更に完全な認識がより良く理解できるよ
うになり、本発明及びこれに伴う利点の多くを更に完全
に認識できるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】各図面においては、同じ参照番号
は、同一または対応する部材を指しており、図１は、ス
テータ巻線バーの設計の一例の断面を示し、本発明は、
このようなステータ巻線バーを前提としている。ステー
タ巻線バー１０は、ほぼ矩形の断面を有しており、近接
して束ねられた複数の（例えば、銅で構成された）導体
要素１１を備えており、これらは導体要素絶縁材１２で
それぞれ包まれ、全体として、外側が巻線絶縁材１３に
よって包まれたパケットを形成している。先行技術で
は、巻線絶縁体１３は、図２に拡大して詳細に示すよう
な構造を有している。従って、巻線絶縁体１３は、多数
の絶縁層２１を備え、これら絶縁層は、積層して巻き付
けられている。各絶縁層１２は、マイカペーパ１４と、
もう一つの層すなわちベース１５を備え、このベース
は、マイカペーパ１４の大部分の領域に連結され、絶縁
層２１に必要な機械的強度を付与している。ベース１５
は、先行技術では、一般的には、比較的厚い繊維または
不織布からなり、その結果、誘電的に有効なマイカペー
パ１４のパッケージング密度が減少させられていた。
【００１３】本発明は、図３に示されるように、異なっ
たアプローチを採用しており、すなわち、絶縁層２２
で、ペーパマイカペーパ１４用のベース１６として、比
較的薄い改良プラスチックフィルムを使用し、このプラ
スチックフィルムは、ポリイミドまたはポリエチレンナ
フタレート（ＰＥＮ:poly-ethylene-naphthalate）から
なり且つフィラー（充填剤）として金属酸化物、特に、
酸化アルミニウムまたは窒化硼素を含む熱的に高品質の
プラスチックフィルムペーパであるのが好ましい。フィ
ラーは、プラスチックフィルムがコロナ放電およびグロ
ー放電に耐えることができること保証する。適当な改良
プラスチックフィルムとしては、例えば、市販されてい
る、デュポン社の商品名「カプトン（ＫＡＰＴＯＮ）Ｃ
Ｒ」がある。
【００１４】原則的には、フィラーは、フィルム内で均
一に分散させられているのがよい。しかしながら、フィ
ラーはフィルムの機械的特性を悪化させ、そして、主に
フィルムの表面に近い領域に必要であるので、図４に示
されるように、各ベース１６が３層で構成されるときに
は、フィラーを含まないコア層１９を、フィラーを含む
２つのカバー層１８，２０の間に配置するのが特に有利
である。ベース１６の３つの層１８，１９，２０の各々
の厚さは、ベース１６の厚さの約３分の１である。ベー
ス１６のようなフィルムは、特に、絶縁材構造によっ
て、図２に示されている公知の繊維構造と比較して絶縁
材の長期誘電抵抗を数倍、増大させる。
【００１５】マイカペーパ１４とフィルムベース１６だ
けから形成される絶縁材構造体の欠点は、特に、高電圧
発生器では一般的である厚さが比較的厚いときには、繊
維のベース１５と比べ、フィルムベース１６が、含浸樹
脂が絶縁体構造に浸透するのを困難にするので、絶縁構
造全体を含浸させるのが難しいことがある。したがっ
て、図３に示されているように、もし、含浸を簡単にす
るために、細かいチャンネル（流路）が絶縁層２２の間
に設けられ、このチャンネルが絶縁層２２の間に配置さ
れ且つ細い繊維、詳細にはガラス繊維で構成された中間
層１７によって形成されていれば有利である。絶縁層２
２と中間層１７との厚さの比率は、この場合、約５：１
であるのが好ましい。巻線絶縁体１３を確実に含浸する
ためには、この場合、複数の絶縁層２２を中間層の各々
の間に、中間層１７の数に対する絶縁層の数の比率が
５：１であるように配置するのが十分である。中間層１
７は、含浸を促進するだけでなく、さらに、最終的な絶
縁構造体の機械的な補強も行う。
【００１６】変形例として、巻線絶縁体１３の厚さが薄
ければ、中間層１７を完全に省いてもよい。
【００１７】全体として、本発明は、誘電特性および温
度特性が大幅に改善された巻線絶縁体を有するステータ
巻線を提供する。
【００１８】上記開示から、本発明の多くの改良、変更
が可能であることは明らかである。従って、添付の特許
請求の範囲内において、本明細書で詳細に説明した方法
とは異なった方法で本発明を実施できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が基礎としているようなステータ巻線
バーの設計の一例の断面図である。
【図２】 繊維状ベース上に配置したマイカペーパを使
用する、先行技術による巻線絶縁材の詳細を示す拡大図
である。
【図３】 本発明の好ましい実施形態であり、繊維状中
間層を備えた改良されたプラスチックフィルムでできた
ベース上に設けられたマイカぺーパを備えた巻線絶縁材
の詳細を示す拡大図である。
【図４】本発明のもう一つの実施形態による絶縁テープ
組み合わせの内部３層構造の詳細を示す、図３より拡大
した図面である。
【符号の説明】
１０：ステータ巻線バー １１：導体要素 １２：導体要素絶縁材 １３：巻線絶縁材 １４：マイカペーパ １５：ベース（例えば、繊維） １６：ベース（改良プラスチックフィルム） １７：中間層 １８、２０：カバー層 １９：コア層 ２１：絶縁層（先行技術） ２２：絶縁層（本発明）
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｂ 17/60 Ｈ０１Ｂ 17/60 Ｂ Ｈ０２Ｋ 3/34 Ｈ０２Ｋ 3/34 Ｄ // Ｈ０１Ｂ 7/02 Ｈ０１Ｂ 7/02 Ａ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つの巻線バー（１０）を有
    する電気機械用高電圧絶縁ステータ巻線であって、前記
    ステータ巻線バー（１０）は、互いに重ねて配置された
    複数の絶縁層（２２）を備えた巻線絶縁材（１３）によ
    って囲まれ、各絶縁層（２２）はベース（１６）上に配
    置された、特にマイカぺーパ（１４）の形態の絶縁材料
    を備え、前記ベース（１６）として耐熱プラスチックフ
    ィルムが使用され、該プラスチックフィルムがコロナ放
    電に耐えることができるフィラーを導入することよって
    改良されている高電圧絶縁ステータ巻線。
  2. 【請求項２】 前記ベース（１６）として、ポリイミド
    またはポリエチレンナフタレート（PEN : poly-ethylen
    e-naphthalate）で構成されたプラスチックフィルムが
    使用されている請求項１に記載のステータ巻線。
  3. 【請求項３】 前記フィラーとして、金属酸化物、特に
    酸化アルミニウムが使用されている請求項２に記載のス
    テータ巻線。
  4. 【請求項４】 前記フィラーとして、窒化硼素が使用さ
    れている請求項２に記載のステータ巻線。
  5. 【請求項５】 前記ベース（１６）が３層からなり、フ
    ィラーを含まないコア層（１９）が、フィラーを含むカ
    バー層（１８、２０）の間に配置されている請求項１な
    いし４のいずれか１項に記載のステータ巻線。
  6. 【請求項６】 前記ベース（１６）の３つの層（１８、
    １９、２０）の各々の厚さが、前記ベース（１６）の厚
    さの約３分の１である請求項５に記載のステータ巻線。
  7. 【請求項７】 前記絶縁層（２２）内の前記ベース（１
    ６）に対する前記絶縁材料（１４）の厚さの比率が約
    ２：１である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
    ステータ巻線。
  8. 【請求項８】 前記巻線絶縁材（１３）が、含浸樹脂で
    含浸されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載
    のステータ巻線。
  9. 【請求項９】 前記含浸を簡単にするために、前記絶縁
    層（２２）の間にチャンネルが配置されている請求項８
    に記載のステータ巻線。
  10. 【請求項１０】 前記チャンネルを形成するために、繊
    維、特にガラス繊維で構成された中間層が、前記絶縁層
    （２２）の間に配置されている請求項９に記載のステー
    タ巻線。
  11. 【請求項１１】 絶縁層（２２）と中間層（１７）の厚
    さの比率が約５：１である請求項１０に記載のステータ
    巻線。
  12. 【請求項１２】 複数の絶縁層（２２）が、前記中間層
    （１７）の各々の間に、中間層（１７）の数に対する絶
    縁層（２２）の数の全体比率が５：１であるように、配
    置されている請求項１０または１１に記載のステータ巻
    線。
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