JP2009240131A - 回転電機の固定子コイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全含浸方式で絶縁処理を行う回転電機の固定子コイルにおいて、固定子コイルの固定子鉄心の外へ露出したコイルエンド部の固定鉄心の端面付近まで絶縁層の膨らみの発生を抑えることのできる固定子コイルを提供する。
【解決手段】素線コイル全体にテープ絶縁材を巻回して主絶縁層が構成された固定子コイルを、固定子鉄心のスロットに装着した状態で絶縁樹脂を含浸硬化して絶縁処理をした回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの主絶縁の外周に熱収縮性テープまたはシートを基材とする半導電性テープまたはシートを巻回してスロットコロナ防止層を前記スロットの外まで延長して設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、未含浸の回転電機の固定子コイルを固定子鉄心のスロット内に収めた状態で、絶縁樹脂を真空加圧含浸して絶縁を行った回転電機の固定子コイルに関する。

発電機や電動機などの回転電機の固定子コイルの絶縁方式には、コイル単体絶縁方式と全含浸絶縁方式の二通りがある。前者は、予め絶縁樹脂を含浸して絶縁したコイルを、固定子鉄心のスロットに収める方式である。後者は、未含浸のコイルを固定子鉄心のスロットに収めた後に、絶縁樹脂を含浸する方式である。

後者の全含浸絶縁方式は、前者の方式に比べて製造工程を低減できることから、最近の回転電機の固定子コイルにおいては、小形の誘導電動機から、大形のタービン発電機に至るまで、この全含浸絶縁方式が幅広く採用されている。

図６に、特許文献１に示された全含浸絶縁方式による従来の固定子コイルの構成を示す。

固定子コイル５は、素線絶縁５２の施された複数の素線導体５１を巻回して構成された素線コイル５３にマイカーテープ等の対地絶縁テープ５４を巻回し、これに絶縁樹脂５５を含浸して対地絶縁層となる主絶縁層５６が形成され、この主絶縁層５６の外周にスロットコロナ防止層５７が巻回されたものである。二本のコイル５が固定子鉄心４のスロット４１内に上下平行に収められ、上のコイル５と下のコイル５の間に層間絶縁材３２が配設されている。コイル５は、上下ともスロット４１の内側に収められ、上のコイル５の上部は楔３５で押圧されている。

図６において、主絶縁層５６の対地絶縁テープ５４は、樹脂未含浸の状態で巻回される。コイル５の表面のスロットコロナ防止層５７は、半導電性のテープを巻回して形成された層である。この半導電性のテープは、半導電性の不織布、半導電性のフイルム、或いは半導電性のガラスクロス等で構成されている。このコロナ防止層５７によって、主絶縁層５６とスロット４１との間でコロナが発生するのを防止する。層間絶縁材３２は、エポキシ樹脂が含浸されたガラス積層板あり、上下のコイル５６の間隔を所定の絶縁寸法に維持する。楔３５も同じくエポキシ樹脂が含浸されたガラス積層板で構成される。楔３５によって、コイル５が運転中にスロット４１内部で振動するのを防止している。

図７は、図６の固定子コイルのスロット出口部における要部構成を示す横断面図である。これは、図６のＸＩ−ＸＩ線に沿う横断面図である。コイル５が、鉄心４の軸方向の端面４２から外側に出たところで、エンドコロナ防止層５８が設けられ、表面コロナ防止層５７に続いて主絶縁層５６を被っている。さらに、絶縁保護層５９がエンドコロナ防止層５８および表面コロナ防止層５７を被っている。エンドコロナ防止層５８は、ＳｉＣを含有する半導電性のテープが巻回されたものであり、コイル５の外部（鉄心４の外側）での沿面コロナ発生を防止するものである。絶縁保護層５９は、熱収縮のテープまたはフイルム、或いは熱収縮のテープとフイルムとを貼り合わせたテープが巻回されたものであり、主絶縁層５２やエンドコロナ防止層５８の膨らみを押さえるためと、樹脂含浸後の樹脂の漏洩を防止するためのものである。
なお、固定子鉄心４の端面４２から突出したフィンガ４５は、固定子鉄心４のスロット４１を形成する歯部を押えるための部材である。
このように、構成された固定子コイル５を、コイル単体含浸方式により絶縁処理を行う場合は、未含浸のコイルの不均一な膨らみは、含浸用の型にセットする際に成形され、その後、絶縁樹脂を含浸硬化して、所定の寸法に製作することができるで、寸法の定まった不均一な膨らみのないコイルを鉄心に挿入することができる。

しかし、固定子コイルを固定子鉄心に収めた上で絶縁樹脂の含浸硬化を行う全含浸方式により固定子コイルの絶縁処理を行う場合は不均一な膨らみを持った未含浸のコイルを鉄心に挿入するため、鉄心の外部に出ているコイルエンド部は膨らみをもったままとなる。このような膨らみを押えるために、コイルエンド部に含浸硬化時に熱により収縮し、膨らみを押える機能を有する熱収縮テープにより絶縁保護層を形成するようにしているのである。
特開平１０−１７４３３号公報

ところが、固定子鉄心４に挿入された固定子コイル５の鉄心の外部へ露出したコイルエンド部に熱収縮テープ等を巻回して絶縁保護層５９を形成する際、この絶縁保護層の厚さが厚くなること、および鉄心４の端面４２側に鉄心押え用フィンガ４５が突出しているためにコイルエンド部の鉄心端面付近の自由空間が小さいこと等のために、図７に示すようにコイル５のコイルエンド部の鉄心端面からある間隔Ｌまでしか絶縁保護層５９を設けることができないのである。このため、鉄心４の端面４２付近に膨らみＢが発生しやすくなることだけでなく、絶縁樹脂の含浸硬化を行ってもこの部分に生じた膨らみをを抑えることができない問題がある。

このような、固定子コイルにおける絶縁層の膨れは、絶縁性能を低下させるとともに、高電圧の回転電機に使用した場合は固定子コイルの絶縁の寿命を縮める原因となるため、極力除くことが望ましい。

この発明は、前記のような問題点を解決するため、全含浸方式で絶縁処理を行う回転電機の固定子コイルにおいて、固定子コイルの固定子鉄心の外へ露出したコイルエンド部の固定鉄心の端面付近まで絶縁層の膨らみの発生を抑えることのできる固定子コイルを提供することを課題とするものである。

前記の課題を解決するため、請求項１の発明は、素線コイル全体にテープ絶縁材を巻回して主絶縁層が構成された固定子コイルを、固定子鉄心のスロットに装着した状態で絶縁樹脂を含浸硬化して絶縁処理をした回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの主絶縁層の外周に熱収縮性半導電性テープを巻回して熱収縮性スロットコロナ防止層を形成し、この熱収縮性スロットコロナ防止層を前記コイルの前記固定子鉄心のスロットに収まる部分からこの鉄心の外側まで延長したことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、素線コイル全体にテープ絶縁材を巻回して主絶縁層が構成された固定子コイルを、固定子鉄心のスロットに装着した状態で絶縁樹脂を含浸硬化して絶縁処理をした回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの装着された固定子鉄心の軸方向の端面から突出した鉄心押え用部材と前記固定子鉄心から突出した固定子コイルとの間に固定子コイルの固定鉄心の軸方向の端面付近を押圧する治具を挿入した上で絶縁樹脂の含浸硬化処理を行い、この処理を終えてから前記治具を取り外すようにした製造方法によって前記課題を解決するものである。

前記の製造方法において、前記治具は、表面をフッ素樹脂で構成することにより、含浸硬化された絶縁樹脂からの剥離性を高めることができる。

前記の製造方法において、前記治具を離形材を介して挿入することにより、含浸硬化された絶縁樹脂からの剥離性を高めることができる。

請求項１の発明によれば、固定コイルの主絶縁層の外周に形成されるスロットコロナ防止層を熱収縮性のテープまたはシートを基材とした半導電性テープまたはシート巻回して構成するとともに、固定子コイルのスロット内にある部分だけでなくコイルの固定子鉄心の外側へ伸びたコイルエンド部まで延ばしているので、固定子コイルの絶縁層の膨らみの発生し易い固定子鉄心の端面から付近が、絶縁樹脂の含浸硬化を行う過程でスロットコロナ防止層が熱により収縮してコイルの絶縁層を締め付けることより膨らみが押し潰されて除去され、絶縁層に膨らみのない固定子コイルを得ることことができる。

請求項の２の発明の製造方法によれば、未含浸の固定子コイルを固定子鉄心に装着した後、固定子鉄心の軸方向端面に突出する鉄心押え用部材と固定子コイルの固定鉄心の外側へ延びたコイルエンド部の固定子鉄心の短面付近との間にコイルを押圧する治具を挿入することにより、鉄心に装着された固定子コイルのコイルエンド部に発生する絶縁層の膨らみが押えられた状態で、絶縁樹脂の含浸硬化処理を行うので、絶縁処理を終えた固定コイルは絶縁層の膨らみのないコイルとすることができる。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

図１ないし図３にこの発明の第１の実施例を示す。図１は、この実施例１による固定子コイルの構成を示す横断面図、図２および図３はこの実施例１に使用する半導電性テープの構成図である。

図１の実施例１の固定子コイル５は、前記した従来例と同じく素線コイル５３の外周に大地絶縁層としてマイカーテープ等による主絶縁層５６が設けられる。この素線コイル５３の主絶縁層５６の外側に熱収縮性を有する半導電性テープを巻回して構成した熱収縮性スロットコロナ防止層５７aを形成する。このスロットコロナ防止層５７aは、本来は、コイル５を固定子鉄心４のスロット４１に装着した際に、コイル５のスロット４１内に収まる部分だけに設けるのであるが、この発明では、鉄心４の外側に出ている素線コイル５３のコイルエンド部まで延長して形成する。このスロットコロナ防止層５７aを図７に示す従来例における鉄心４の外側のコイルエンド部における素線コイルの屈曲部分に設けられたエンドコロナ防止層５８の部分と重なるまで延長する。

このように主絶縁層５６、熱収縮性スロットコロナ防止層５７a、エンドコロナ防止層５８の形成された素線コイル５３の鉄心４の外におかれるコイルエンド部には、さらに、従来例と同様に熱収縮性絶縁テープを巻回してコイル保護層５９を形成する。

このように構成されたコイル５を絶縁樹脂を含浸しない状態で、固定子鉄心４のスロット４１に装着したとき、コイルのスロットに収まる部分は、スロット４１の内壁により規制されるため、スロット４１内では絶縁層に膨れが生じることはない。しかし、スロット４１の外側に出ると、その規制がなくなるので、特に鉄心４の軸方向端面のスロット４１の出口付近に図１（a）に示すように、絶縁層の膨らみＢが発生する。

このように絶縁樹脂未含浸のコイル５を鉄心４に装着した状態で、周知の方法で熱硬化性の絶縁樹脂の含浸硬化処理を行うと、この処理過程での加熱により、熱収縮性スロットコロナ防止層５７aおよび熱収縮性絶縁保護層５９が収縮し、素線コイル５３が主絶縁層５６の外側から全体に圧縮される。これにより、主絶縁層５６の鉄心４の端部のスロット４１の出口付近に発生していた膨らみＢが押し潰されて消えてなくなる。したがって絶縁樹脂の含浸硬化処理を終えた固定子コイル５は、図１（b）に示すように、絶縁層に膨らみのないコイルとなる。

この発明における熱収縮性のスロットコロナ防止層５７aに使用する熱収縮性半導電性テープの例を図２におよび図３に示す。

図２の半導電性テープＣＫは、熱収縮性の大きいポリエステル繊維から構成された縦糸Ｔlとガラス繊維から構成された横糸ＴＰとで構成されたテープ状またはシート状の基材Ｔにより半導電剤ＳＣを担持して構成して構成される。このように構成された半導電性テープは、基材Ｔの縦（長さ）方向の熱収縮の大きくなる性質を有する。

図３に示す半導電性テープＣＫは、熱収縮性の大きいポリエステルフィルムをテープの基材Ｆとし、この基材Ｆにより、半導電剤ＳＣを担持して構成される。このように構成された半導電性テープは、テープの縦（長さ）方向および、横（幅）方向に熱収縮性を有したものとなる。

次に、図４および図５に示す実施例２について説明する。

絶縁樹脂の含浸されていない固定子コイル５が固定鉄心４に装着された状態においては、図１（ａ）に示すように、コイル５の絶縁層５３の鉄心のスロット４からの出口付近に膨らみＢが発生している。この実施例２おいては、この状態で図４に示すように、鉄心の軸方向の端面から突出している鉄心押え用部材としてのフィンガ４５と主絶縁層５６を備えた素線コイル５３との間にコイル押え用の治具７を圧入することにより、コイルの絶縁層の鉄心スロットの出口付近を押圧することできるので、この付近に発生していた膨らみが押し潰され、平坦にすることができる。

ここで使用するコイル押え用治具７は、図５に示すように、合板等で構成された本体７１の表面を絶縁樹脂、例えばエポキシ樹脂との接着力がほとんどないフッ素樹脂により形成した被覆層７２で被覆して構成される。

このように絶縁樹脂の未含浸の固定子コイル５を装着した固定子鉄心４における、フィンガ４５とコイル５との間にコイル押え用の治具７を圧入することにより、コイルの絶縁層の鉄心端面付近に発生している膨らみＢを押し潰して平坦にした状態で、周知の方法で絶縁樹脂の含浸硬化処理を行う。この処理の過程で、治具７の表面にも絶縁樹脂が被着するが、治具７の表面は絶縁樹脂との接着性がほとんどないフッ素樹脂で構成された表面層７１で被覆されていることにより、治具７が絶縁樹脂を介してフィンガ４５およびコイル５に接着されることはない。このため、絶縁樹脂の含浸硬化処理後に、治具７は、フィンガ４５とコイル５との間から容易に引き抜くことができる。この治具７を引き抜いて鉄心（フィンガ）とコイル５の間から除去することにより、固定子コイル５の絶縁処理が完成する。
なお、コイル押え用治具７に被覆層７２を設けずに、フッ素樹脂、シリコン樹脂等の離形材を介してコイル押え用治具７を圧入するように構成しても同様の効果を得ることができる。

この実施例２の方法によれば、固定子コイル５を固定子鉄心４に装着して絶縁樹脂の含浸硬化処理を行う前に、鉄心の端面から突出するフィンガ４５と固定子コイル５との間にコイル押え用治具７を圧入することより、コイルの鉄心の端面付近に発生しているコイル絶縁層の膨らみＢを押し潰して除いた上で、絶縁樹脂の含浸硬化処理を行うので、絶縁層に膨らみのない固定子コイルを得ることができる。

この発明の実施例１の構成を説明する部分的な横断面図であり、（ａ）は、絶縁樹脂の含浸硬化処理前の状態を示し、（ｂ）は、絶縁樹脂の含浸硬化処理後の状態を示す。 この発明の実施例１において使用する熱収縮性スロットコロナ防止層を係止制する熱収縮性半導電性テープの一例の構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 この発明の実施例１において使用する熱収縮性スロットコロナ防止層を係止制する熱収縮性半導電性テープの他の例の構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。 この発明の実施例２の構成を説明する部分的な横断面図である。 この発明の実施例２において使用するコイル押え用治具の例を示す縦断面図である。 従来の回転電機の固定子コイルの構成を示す部分的な縦断面図である。 従来の回転電機の固定子コイルの構成を示す部分的な横断面図である。

符号の説明

４：固定子鉄心
４１：スロット
５：固定子コイル
５３：素線コイル
５６：主絶縁層
５７ａ：熱収縮性スロットコロナ防止層
５９：絶縁保護層

Claims (4)

1. 素線コイル全体にテープ絶縁材を巻回して主絶縁層が構成された固定子コイルを、固定子鉄心のスロットに装着した状態で絶縁樹脂を含浸硬化して絶縁処理をした回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの主絶縁層の外周に熱収縮性半導電性テープを巻回して熱収縮性スロットコロナ防止層を形成し、この熱収縮性スロットコロナ防止層を前記コイルの前記固定子鉄心のスロットに収まる部分からこの鉄心の外側まで延長したことを特徴とする回転電機の固定子コイル。
2. 素線コイル全体にテープ絶縁材を巻回して主絶縁層が構成された固定子コイルを、固定子鉄心のスロットに装着した状態で絶縁樹脂を含浸硬化して絶縁処理をした回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの装着された固定子鉄心の軸方向の端面から突出した鉄心押え用部材と前記固定子鉄心から突出した固定子コイルとの間に固定子コイルの固定鉄心の軸方向の端面付近を押圧する治具を挿入した上で絶縁樹脂の含浸硬化処理を行い、この処理を終えてから前記治具を取り外すようにしたことを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法において、前記治具は、表面をフッ素樹脂で構成したものであることを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
4. 請求項２に記載の製造方法において、前記治具を離形材を介して挿入したことを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。

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