JP2012038681A - ドライマイカテープ及びこれを用いた電気絶縁線輪 - Google Patents

ドライマイカテープ及びこれを用いた電気絶縁線輪 Download PDF

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Abstract

【課題】ドライマイカテープと含浸ワニスからなる絶縁材料の耐熱性を向上し、電気絶縁線輪および固定子コイルの高温における電気絶縁性を向上して、回転電機を小型化すること。
【解決手段】補強基材と、該補強基材上に形成され、エポキシ樹脂および硬化促進剤を含むバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸するエポキシ樹脂を含む含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを有することを特徴とするドライマイカテープ。
【選択図】図１

Description

本発明はドライマイカテープ、電気絶縁線輪、固定子コイル及び回転電機に係る。
発電機、車両および一般産業用途の回転電機は、小型化や軽量化、大容量化が要求されている。回転電機の小型化や軽量化の一つの手段として、電流密度を高くすることが挙げられるが、同一容量の場合には導体の発熱量が増大するため、コイルに用いられる絶縁材料には高耐熱化が要求される。
回転電機に用いられる電気絶縁線輪や固定子コイルの絶縁処理として、マイカテープと含浸ワニスを用いた単独注入（含浸）方式や、全含浸方式が知られている。
（１）単独注入方式は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に、ドライマイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体とし、この電気絶縁線輪単体に含浸ワニスを真空注入（含浸）後、さらに加圧注入（含浸）し、熱硬化して電気絶縁線輪とする。この電気絶縁線輪を鉄心スロットに収納してサシギ下ライナー、サシギなどで固定して固定子コイルとする方式である。
（２）全含浸方式は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に、ドライマイカテープを巻回して電気絶縁線輪単体とし、この電気絶縁線輪単体を鉄心スロットに組込み、サシギ下ライナー、サシギなどでスロット内に固定し鉄心外端部で接続して一体化して固定子単体とする。この固定子単体に含浸ワニスを真空、加圧により注入した後、熱硬化して固定子コイルとする方式である。
以上のように、単独注入方式や全含浸方式は、導体などコイル全体に含浸ワニスが浸透できるため、電気絶縁性能を低下させる要因であるボイドを減らすことができ、電気絶縁信頼性が高い。これらの絶縁処理方式に適用される絶縁材料は、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂を主成分とする含浸ワニスと、フィルムなどの補強基材、マイカペーパーおよびマイカペーパーとフィルム基材とを貼り合わせるバインダ樹脂などからなるドライマイカテープで構成されている。
前記注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性は、絶縁材料に用いられている含浸ワニスの硬化物の耐熱性に依存する。含浸ワニスを高耐熱化することで注入方式を用いて作製するコイル絶縁材料を高耐熱化する方法は、例えば、特開平１ー４６１５号（特許文献１）や特開平９ー３１６１６７号（特許文献２）に記載される方法がある。特許文献１や特許文献２では、多官能エポキシ樹脂や多官能硬化剤などの耐熱性に優れている素材を用いた含浸ワニスを採用している。しかし、多官能エポキシ樹脂や多官能硬化剤などは常温（２５℃）で固形または高粘度であり、これらを配合した含浸ワニスも常温で高粘度となる。したがって、コイルの導体間や絶縁材料の細部に対する含浸ワニスの注入性が低下するため、例えば、含浸ワニスは注入時に加熱して粘度を低くしてから使用される。さらに、含浸ワニスは、何度も繰り返してコイルの注入に使用される。このため、上述のように注入の度に加熱すると徐々に硬化反応が進むことから、定期的な廃棄が必要となる。この結果、特許文献１や特許文献２に記載された含浸ワニスによって絶縁材料を高耐熱化するには、注入性が低下し、また、廃棄量が増えるという問題が生じる。
これに対して、ドライマイカテープのバインダ樹脂を高耐熱化することにより、加熱硬化時における注入方式で作製するコイル絶縁材料の劣化などを要因とする剥離を防止して、２００℃以上で連続使用可能とするコイルを作製する方法がある。例えば、特開平０３−７７２０３号（特許文献３）、特開平６ー２３３４８５号（特許文献４）や特開平６ー２３３４８６号（特許文献５）である。特許文献３ではドライマイカテープのバインダ樹脂としてｐ−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル基を３個以上含む多官能エポキシ樹脂を単独、またはフェノール硬化剤を併用し、特許文献４はバインダ樹脂として不飽和イミド系樹脂組成物を用い、特許文献５はバインダ樹脂としてナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂組成物を用いることで上述の効果を有する。しかし、特許文献３から５はドライマイカテープのバインダ樹脂が固形であるため、注入された含浸ワニスと溶解しにくいので、バインダ樹脂と含浸ワニスの硬化反応が不均一になる問題があった。また、前記特許文献３から５は、ドライマイカテープの補強基材とマイカペーパー（マイカ層）とを一つのバインダ樹脂で接着する構成である。
特開平１−４６１５号公報 特開平９−３１６１６７号公報 特開平３−７７２０３号公報 特開平６−２３３４８５号公報 特開平６−２３３４８６号公報
前記特許文献３から５では、本発明で明記した補強基材とマイカペーパーを接着するバインダ樹脂層Ａが単独で硬化反応して硬化する機能を有する記載はない。さらに、前記特許文献３から５はマイカペーパー表面に前記バインダ樹脂と組成が異なる第二のバインダ樹脂を存在させて、含浸ワニスと硬化反応するといった記載もない。従って、前記特許文献３から５は、本発明における組成の異なる二つのバインダ樹脂を用いる構成については記載がなく、さらに、硬化反応前にマイカパーパーと補強基材を接着し、硬化反応後にマイカパーパーと補強基材を硬化する機能を有するバインダ樹脂層Ａと、マイカペーパー表面に存在し、含浸ワニスと溶解、硬化反応する機能を有するバインダ樹脂層Ｂを用いる構成は開示されていないことは明白である。
本発明の目的は、ドライマイカテープと含浸ワニスを用いて、注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性を向上し、電気絶縁線輪および固定子コイルの高温における電気絶縁性を向上して、回転電機を小型化することである。また、含浸ワニスが導体に巻回したドライマイカテープ絶縁層等に確実に含浸され、それによって電気特性の優れた電気絶縁線輪、固定子コイル及び回転電機を提供することができる。
本発明は、補強基材と、該補強基材上に形成され、エポキシ樹脂を含むバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸する含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを含むことを特徴とするドライマイカテープを提供するものである。また、本発明のドライマイカテープは、巻回したドライマイカテープに含浸する含浸ワニスやバインダ樹脂層を硬化反応するのための硬化促進剤を含むことができる。
本発明は更に、規定形状に成型し絶縁被覆した導体に、本発明のドライマイカテープを巻回して電気絶縁線輪単体とし、前記電気絶縁線輪単体を鉄心スロットに組み込み、複数の前記電気絶縁線輪を鉄心外端部で接続して、前記複数の電気絶縁線輪と鉄心とを一体にした状態で、エポキシ樹脂及び酸硬化剤を含む含浸ワニスを注入して硬化した固定子コイルを提供するものである。さらに本発明は、上記固定子コイルを用いた回転電機を提供するものである。
本発明のドライマイカテープと含浸ワニスを含むコイル絶縁材料は耐熱性を向上できる。また、本発明のドライマイカテープを用いた電気絶縁線輪、固定子コイルは電気絶縁性を向上できる。したがって、本発明の電気絶縁線輪、固定子コイルを適用した回転電機は小型化できる。
本発明のドライマイカテープの断面図である。 本発明による電気絶縁線輪の外観図である。 図２Ａの円で示した部分の内部の断面拡大図である。 本発明による固定子コイルの断面正面図である。 図３Ａの円で示した部分の鉄心スロットの断面拡大図である。 本発明の固定子コイルを用いた回転電機の断面斜視図である。
本発明の好ましい実施態様のいくつかの例について説明する。前記ドライマイカテープにおいて、前記バインダ樹脂層Ｂは、巻回した前記ドライマイカテープに含浸する含浸ワニスと反応して、前記含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるエポキシ樹脂を含むことが必要である。エポキシ樹脂や硬化剤を含む含浸ワニスと反応してより高いガラス転移点を有する硬化物を形成するのに適したものは脂環式エポキシ樹脂や多官能エポキシ樹脂などである。
前記バインダ樹脂層Ａ及びバインダ樹脂層Ｂにはエポキシ樹脂の硬化促進剤を含有することができる。含浸ワニスやドライマイカテープのバインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂなどに用いるエポキシ樹脂を硬化するのには、一般的に硬化促進剤が必要で、これを含浸ワニス或いはドライマイカテープのバインダ樹脂層Ａ及び／またはバインダ樹脂層Ｂに添加する。含浸ワニスの保存寿命という観点からすれば、含浸ワニスには硬化促進剤を添加しないで、ドライマイカテープのバインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂなどの構成材に含有することが好ましい。
前記バインダ樹脂層Ａに含まれるエポキシ樹脂はエポキシ基を三つ以上有する多官能エポキシ樹脂を含み、前記バインダ樹脂層Ｂに含まれるエポキシ樹脂は脂環式エポキシ樹脂を含むことがより好ましい。
該バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂはエポキシ樹脂と硬化促進剤を含むことが好ましい。該バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂに含まれる硬化促進剤は、アミン系硬化促進剤がより好ましい。ここで、アミン系硬化促進剤はイミダゾール類を含むものとする。前記バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂに含まれる硬化促進剤は、コアがアミン化合物であって、シェルがエポキシ樹脂からなるカプセル型硬化促進剤が好ましい。ここで、アミン化合物はイミダゾール類を含むものとする。また、該バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂに含まれる硬化促進剤は、金属アセチルアセトネートであってもよい。
前記バインダ樹脂層Ａ又はバインダ樹脂層Ｂは、更に（式１）で表わされる酸無水物骨格を有する酸硬化剤を含むことができる。
Figure 2012038681
また、前記バインダ樹脂層Ａに含まれる酸硬化剤は（式２）で表されるメチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物にすれば、得られる硬化物をより高いガラス転移点にすることができるので好ましい。
Figure 2012038681
該バインダ樹脂層Ｂに含まれるエポキシ樹脂は、（式３）で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂を含んでもよい。
Figure 2012038681
該バインダ樹脂層Ｂに含まれる硬化促進剤は、エポキシアダクトイミダゾールまたは金属アセチルアセトネートが好ましい。
また、前記バインダ樹脂層Ｂはエポキシ樹脂及び硬化促進剤に加えて、化学構造に（式１）で表わされる酸無水物骨格を有する酸硬化剤を含むことができる。
本発明によれば、絶縁被覆して規定形状に成型した導体に、補強基材と、該補強基材上に形成され、エポキシ樹脂を含むバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸するエポキシ樹脂を含む含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを有するドライマイカテープを巻回して電気絶縁線輪単体とし、前記電気絶縁線輪単体にエポキシ樹脂を含む含浸ワニスを注入して硬化する電気絶縁線輪を提供する。
上記電気絶縁線輪の製造方法において、前記含浸ワニスにはエポキシ樹脂の硬化剤が含まれるが硬化促進剤が含まれず、前記バインダ樹脂層Ａ及びバインダ樹脂層Ｂに硬化促進剤が含まれるという構成を取ることができる。バインダ樹脂層Ａ及びバインダ樹脂層Ｂの硬化性を損なうことなく、含浸ワニスの保存寿命が長くなり、コスト低減に貢献する。
本発明は、絶縁被覆して規定形状に成型した導体に、補強基材と、該補強基材上に形成されたバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸するエポキシ樹脂を含む含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを有するドライマイカテープを巻回して形成された電気絶縁線輪単体を、鉄心スロットに組込み、前記複数の電気絶縁線輪単体を鉄心外端部で接続して、前記電気絶縁線輪単体と鉄心とを一体にして固定子コイル単体とし、前記固定子コイル単体にエポキシ樹脂を含む含浸ワニスを含浸、硬化した固定子コイルを提供する。
上記固定子コイルにおいて、前記含浸ワニスにはエポキシ樹脂の硬化剤を含み、前記バインダ樹脂層Ａ及びバインダ樹脂層Ｂは硬化促進剤を含むという構成を取ることができる。
上記固定子コイルと、回転子コイルから耐熱性及び電気的特性に優れた回転電機を構成することができる。
本発明のドライマイカテープは、バインダ樹脂層Ａ、バインダ樹脂層Ｂ、補強基材およびマイカペーパーを図１に示すような積層構造にする。すなわち、本発明のドライマイカテープのバインダ樹脂層Ａは、エポキシ樹脂、硬化促進剤（特に熱潜在性硬化促進剤が好ましい）を含んでいるため、加熱硬化前に補強基材とマイカペーパーを接着する機能と、加熱硬化後に補強基材とマイカペーパーを硬化する機能がある。さらに、前記バインダ樹脂層Ａの組成を多官能エポキシ樹脂、多官能性酸硬化剤、および熱潜在性硬化促進剤を含む組成にすれば、加熱硬化後にバインダ樹脂層Ａの硬化物の耐熱性を向上できる効果がある。
次に、本発明のドライマイカテープのバインダ樹脂層Ｂは、マイカペーパーの表面に存在しているため、ドライマイカテープに注入された含浸ワニスと溶解しやすく、均一に硬化反応できる。さらに、前記バインダ樹脂層Ｂの組成を脂環式エポキシ樹脂および潜在性硬化促進剤を含む組成にすれば、加熱硬化前は硬化反応がほとんど進まず保管寿命を長くでき、さらに加熱硬化後に含浸ワニスとバインダ樹脂層Ｂの硬化物は、含浸ワニスのみの硬化物よりも耐熱性を向上できる効果がある。
本発明のドライマイカテープのバインダ樹脂としては、多官能エポキシ樹脂、多官能性酸硬化剤、および熱潜在性硬化促進剤を含む組成のバインダ樹脂層Ａと、脂環式エポキシ樹脂又は脂環式エポキシ樹脂と多官能エポキシ樹脂との混合物および熱潜在性硬化促進剤を含む組成のバインダ樹脂層Ｂを用いることが、本発明のドライマイカテープと含浸ワニスを含むコイル絶縁材料の耐熱性を向上する効果を大きくできるため、より好ましい。
以上のように、本発明のドライマイカテープは注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性を向上できるため、本発明の電気絶縁線輪や固定子コイルの高温における電気絶縁性が向上でき、回転電機を小型化できる。
以下において、本発明のドライマイカテープ、電気絶縁線輪、固定子コイル及び回転電機について詳細に説明する。
＜ドライマイカテープ＞
本発明のドライマイカテープの断面図を図１に示す。本発明のドライマイカテープは、マイカペーパー、補強基材、バインダ樹脂層Ａ、バインダ樹脂層Ｂを含む。本発明のドライマイカテープは、フィルムなどの補強基材とマイカペーパーをメチルエチルケトンやメタノールなどの溶媒に溶かしたバインダ樹脂層Ａで接着されている。さらに、前記マイカペーパーの表面からメチルエチルケトンやメタノールなどの溶媒に溶かしたバインダ樹脂層Ｂを塗布する。
前記補強基材としては、要求される耐熱性や絶縁仕様に対応した有機物フィルムやガラスクロスなどを用いることができる。
前記マイカペーパーとしては、単独注入方式や一体注入方式などの絶縁処理方式に応じた最適な粒径の集成マイカやフレークマイカなどで作製したものを用いることができる。
前記バインダ樹脂層Ａは、エポキシ樹脂、硬化促進剤を含み、要求される特性に応じて硬化剤を加えることができる。前記エポキシ樹脂は、エポキシ基が一つ以上有するエポキシ樹脂を１種類、もしくは２種類以上を同時に用いることができる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）プロパン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらエポキシ樹脂の中では、エポキシ基を三つ以上有するトリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂や１，１，２，２−テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂などが、ドライマイカテープのバインダ樹脂Ａの耐熱性を向上することができ、注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性を向上できるため、より好ましい。
上記バインダ樹脂層Ａの硬化促進剤は、エポキシ樹脂を硬化できる化合物であれば良い。前記硬化促進剤としては、例えば、金属アセチルアセトネート、イミダゾール化合物をエポキシ樹脂で置換したエポキシアダクトイミダゾール、ナフテン酸やオクチル酸などの金属塩、コアがアミン化合物で、シェルがエポキシ樹脂からなるカプセル硬化促進剤などを１種類もしくは、２種類以上を同時に用いることができる。これら硬化促進剤の中では、金属アセチルアセトネートやカプセル型硬化促進剤などが、ドライマイカテープの保管寿命や注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性を向上できるため、より好ましい。
上記バインダ樹脂層Ａは、エポキシ樹脂と硬化促進剤との単独重合系で硬化することも可能であるが、硬化反応性を向上するためにエポキシ樹脂、硬化促進剤に加えて硬化剤を用いることがより好ましい。このようなバインダ樹脂層Ａに用いる硬化剤としては、前記（式１）に示す酸無水物骨格を一つ以上有する酸硬化剤を１種類、または２種類以上を同時に用いることができる。前記酸硬化剤としては、例えば、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、グリセリンビス（ヒドロトリメリテート）モノアセテート、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、無水ピロメリット酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。このような酸硬化剤の中では、前記（式２）に示すようなメチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物がドライマイカテープのバインダ樹脂層Ａの耐熱性を向上することができ、注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性を向上できるため、より好ましい。
上記バインダ樹脂層Ｂは、エポキシ樹脂、硬化促進剤を含み、要求される特性に応じて硬化剤を加えることができる。前記エポキシ樹脂は、エポキシ基を一つ以上有するエポキシ樹脂を１種類、もしくは２種類以上を同時に用いることができる。例えば、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１−ブタノールの１，２ーエポキシ−４−（２−オキシラニル）シクロヘキサン付加物、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）プロパン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂の中では、（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートが、バインダ樹脂層Ｂと含浸レジンとの溶解性を向上して注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性が向上でき、ドライマイカテープの保管寿命などを向上できるため、より好ましい。
上記バインダ樹脂層Ｂの硬化促進剤は、エポキシ樹脂を硬化できる化合物であれば良い。このような硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール化合物をエポキシ樹脂で置換したエポキシアダクトイミダゾール、金属アセチルアセトネート、ナフテン酸やオクチル酸などの金属塩、カプセル型硬化促進剤などを１種類もしくは、２種類以上を同時に用いることができる。
これら硬化促進剤の中では、エポキシアダクトイミダゾールや、金属アセチルアセトネートなどが、注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性、ドライマイカテープの保管寿命などを向上できるため、より好ましい。
また、上記バインダ樹脂層Ｂの硬化剤は、前記（式１）で示される酸無水物骨格を１つ以上有する酸硬化剤を１種類、または２種類以上を同時に用いることができる。前記酸硬化剤としては、例えば、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、グリセリンビス（ヒドロトリメリテート）モノアセテート、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、無水ピロメリット酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。
＜電気絶縁線輪＞
電気絶縁線輪は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に本発明のドライマイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体を作製し、注入タンク内などで電気絶縁線輪単体に含浸ワニスを真空注入後に加圧注入し、熱硬化して作製される。
＜固定子コイル＞
固定子コイルは、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に本発明のドライマイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体を作製し、この電気絶縁線輪単体を鉄心スロットに組込み、サシギ下ライナー、サシギなどを用いてスロット内に固定し鉄心外端部で接続して、電気絶縁線輪単体と鉄心とを一体にして固定子コイル単体とする。注入タンク内などで前記固定子コイル単体に含浸ワニスを真空注入後に加圧注入し、熱硬化して固定子コイルが作製される。
＜電気絶縁線輪を用いた回転電機＞
上記の如く作製した電気絶縁線輪を適用した回転電機は、上記電気絶縁線輪を鉄心スロットに組込み、サシギ下ライナー、サシギなどでスロット内に固定して、鉄心外端部で接続して作製した固定子コイルと回転子を組立てて作製される。
＜固定子コイルを用いた回転電機＞
上記の如く作製した固定子コイルと回転子を組立てて回転電機が作製される。以下、本発明のドライマイカテープ、本発明のドライマイカテープを用いて電気絶縁線輪、固定子コイルおよび回転電機を作製した例を、それぞれ実施例で具体的に説明する。
本実施例のドライマイカテープに含浸ワニスを注入した時の絶縁材料の特性は、以下の測定方法および条件で評価した。
（１）絶縁材料の動的粘弾性評価（ＤＭＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ、以下ＤＭＡと略す）による耐熱性評価
エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂組成物の硬化物の耐熱性の一つの目安として、ガラス転移点（以下Ｔｇと略す）がある。前記硬化物のＴｇが高いほど高温における回転電機用コイルの電気特性や機械特性が高くできる。そこで、本発明のドライマイカテープと含浸ワニスで作製する絶縁材料の耐熱性をＴｇで評価した。絶縁材料のＴｇは、Ｔｇの評価方法の一つである動的粘弾性測定（ＤＭＡ）を用いて力学的損失正接（ｔａｎδＤＭＡ）を測定し、ｔａｎδＤＭＡのピーク温度で評価した。
絶縁材料は、幅３０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ０．２０ｍｍのドライマイカテープを５層重ねて金属板の間に挟んで、含浸ワニス［ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ｊＥＲ８２８（ジャパンエポキシレジン社製）を１００重量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸硬化剤ＨＮ−５５００（日立化成工業社製）を１００重量部、マンガン［ＩＩＩ］アセチルアセトネート（和光純薬社製）を２重量部としたエポキシ樹脂組成物を一例として用いた］を３８０Ｐａ／１ｈの真空注入と０．４ＭＰａ／５ｈの加圧注入した後に、２５℃から１２０℃までを３０ｍｉｎで昇温して１２０℃／１ｈ保持した後、１２０℃から２１０℃までを２ｈ掛けて昇温して２１０℃／８ｈ保持して製作した。ＤＭＡのサンプルは前記絶縁材料を長さ２５ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの寸法に加工して作製した。
ＤＭＡは、レオスペクトラＤＶＥ−Ｖ４（レオロジ社製）を用いて、引張りモードにより２５℃から３００℃までを２℃／ｍｉｎで昇温し、スパン間２０ｍｍ、測定周波数１０Ｈｚ、変位振幅０．５μｍの条件で力学的損失正接（ｔａｎδＤＭＡ）を測定した。判定方法はｔａｎδＤＭＡのピーク値の温度が１７０℃以上の時は、高温域（１７０℃以上）での機械的特性やコイルなどの電気絶縁性が向上できるので○と表示し、１７０℃より低い時は×と表示し、ｔａｎδＤＭＡのピーク値の温度を（ ）内に併記した。
（２）電気絶縁線輪および固定子コイルの電気絶縁性試験（ｔａｎδ）
１８０℃に保持した恒温槽内に電気絶縁線輪、固定子コイルを静置して、定格電圧１ｋＶを印加したときのｔａｎδを測定した。１８０℃におけるｔａｎδの判定基準は電気絶縁性が優れるので１５％以下とした。判定はｔａｎδが１５％以下の場合は○、１５％を超える場合は×と表示した。
以下の実施例及び比較例において用いられたエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を表１，２，３においては略号で示したが、略号の意味は以下のとおりである。
（ａ）エポキシ樹脂
Ｅ１；トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂
Ｅ２；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
Ｅ３；（３’、４’−エポキシシクロヘキサン）メチル―３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート
Ｅ４；２，２−ビス（ヒドロキシメチル―１−ブタノールの１，２−エポキシ―４−（２−オクチルシラニル）
Ｅ５；１，１，２，２−テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂
（ｂ）硬化剤
Ｃ１；メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物
Ｃ２；水素化メチルナジック酸
Ｃ３；フェノールノボラック樹脂
Ｃ４；エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート
（ｃ）硬化促進剤
ＣＰ１；カプセル型硬化促進剤（コア：アミン化合物、シェル：エポキシ樹脂）
ＣＰ２；エポキシアダクトイミダゾール
ＣＰ３；マンガン［ＩＩＩ］アセチルアセトネート
（実施例１〜１０）、（比較例１〜３）
本発明の実施例１〜１０のドライマイカテープを作製し、注入方式で作製する絶縁材料の耐熱性を評価した例を説明する。
本発明の実施例１〜１０のドライマイカテープは、表１および表２に示した組成のバインダ樹脂層Ａおよびバインダ樹脂層Ｂを用い、補強基材（ポリイミドフィルム）とマイカペーパーをバインダ樹脂層Ａで接着し、マイカペーパーの表面にバインダ樹脂層Ｂを塗布して作製した。
バインダン樹脂層Ａの調合は、エポキシ樹脂としてトリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、製品名ｊＥＲ１０３２Ｈ６０）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（旭化成ケミカルズ社製、製品名ＡＥＲ−２６０）、１，１，２，２−テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、製品名ｊＥＲ１０３１Ｓ）を［ ］内の数値の割合で混合して用いた。酸硬化剤としてメチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物（ＤＩＣ社製、製品名エピクロンＢ−４４００）、水素化メチルナジック酸無水物（新日本理化社製、製品名リカシッドＨＮＡ−１００）、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート（新日本理化社製、製品名ＴＭＥＧ−５００）を［ ］内の数値の割合で混合して用いた。硬化促進剤としてカプセル型硬化促進剤（旭化成イーマテリアルズ社製、ノバキュアＨＸ３０８８）、マンガン［ＩＩＩ］アセチルアセトネート（和光純薬工業社製）を用いた。エポキシ樹脂と酸硬化剤は当量比１：１で混合し、硬化促進剤は前記エポキシ樹脂と酸硬化剤の総重量に対して表１および表２に記載した濃度で添加した。
バインダ樹脂層Ｂの調合は、エポキシ樹脂として（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル３，４ーエポキシシクロヘキサンカルボキシレート（ダイセル化学工業社製、製品名ＣＥＬ２０２１Ｐ）、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１−ブタノールの１，２−エポキシ―４−（２−オキシラニル）（ダイセル化学工業社製、製品名ＥＨＰＥ３１５０）、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を［ ］内の数値の割合で混合して用いた。酸硬化剤として水素化メチルナジック酸無水物を用いた。硬化促進剤としてエポキシアダクトイミダゾール（ジャパンエポキシレジン製、商品名Ｐ２００）、マンガン［ＩＩＩ］アセチルアセトネートを用いた。硬化促進剤の塗布量はマイカテープに対して１〜１．２ｇ／ｍ２とし、エポキシ樹脂を単独、またはエポキシ樹脂と酸硬化剤を当量比１：１で混合したものに添加して用いた。なお、硬化促進剤は、バインダ樹脂層Ｂの前記エポキシ樹脂単独、あるいは前記エポキシ樹脂と酸硬化剤の混合物に添加せずに別に用意し、バインダ樹脂層Ｂを塗布する前後に、硬化促進剤をマイカペーパー表面へ塗布することもできる。
比較例１〜２のドライマイカテープは、マイカペーパーと補強基材（ポリイミドフィルム）を表３に示した組成のバインダ樹脂層Ａを用いて接着し、硬化促進剤としてエポキシアダクトイミダゾールをマイカペーパー表面に対して１ｇ／ｍ２塗布して作製した。バインダ樹脂層Ａの調合は、エポキシ樹脂として１，１，２，２−テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を［ ］内の数値の割合で混合して用いた。
比較例３のドライマイカテープは、マイカペーパーと補強基材（ポリイミドフィルム）を表３に示した組成のバインダ樹脂層Ａを用いて接着し、硬化促進剤としてエポキシアダクトイミダゾールをマイカペーパー表面に対して１ｇ／ｍ２塗布して作製した。
バインダ樹脂層Ａの調合は、エポキシ樹脂として１，１，２，２−テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を［ ］内の数値の割合で混合して用い、硬化剤としてフェノールノボラック型硬化剤（明和化成社製、製品名ＭＦ−１Ｍ）を用い、エポキシ樹脂と硬化剤を当量比１：１で混合して用いた。
作製した本実施例および比較例のドライマイカテープは寸法を幅３０ｍｍ×長さ２０ｍとした。本実施例および比較例のドライマイカテープを用いて注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性を表１〜３に記載した。
実施例１〜１０の絶縁材料の耐熱性は、いずれも１７０℃以上であった。一方、比較例１〜３のドライマイカテープの耐熱性は、いずれも１７０℃未満であり判定値を満足しなかった。これら比較例のドライマイカテープは、多官能エポキシ樹脂などの耐熱性を高くできるバインダ樹脂を用いたが、固形のバインダ樹脂が補強基材とマイカペーパーの間に存在しているだけであったために含浸ワニスが十分に浸透せず、それらの相互溶解性が悪く、耐熱性が向上しなかった。
以上、本実施例のドライマイカテープは、バインダ樹脂層Ａ、バインダ樹脂層Ｂ、補強基材、マイカペーパーが積層構造であったため、注入方式で作製するコイル絶縁材料の耐熱性（動的粘弾性によるｔａｎδＤＭＡのピークの温度で判定）を１７０℃以上にできる効果があった。
Figure 2012038681
Figure 2012038681
Figure 2012038681
（実施例１１〜１３）、（比較例４〜５）
本発明のドライマイカテープを用いた電気絶縁線輪の製法および得られた電気絶縁線輪の特性を説明する。図２（ａ）は本実施例１１〜１３の電気絶縁線輪５の外観図で、図２（ｂ）が図２（ａ）の円で示した部分の内部断面拡大図である。
実施例１１の電気絶縁線輪は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に、実施例２のドライマイカテープ（厚０．１５ｍｍ×幅２５ｍｍ）を５回巻回して電気絶縁線輪単体を作製した。この電気絶縁線輪単体を２５℃に保持した含浸槽内に静置して含浸ワニス（ｊＥＲ８２８を１００重量部、ＨＮ−５５００を１００重量部、マンガン［ＩＩＩ］アセチルアセトネートを２重量部とした含浸ワニスを一例として用いた）を３８０Ｐａ／１ｈの真空注入と０．４ＭＰａ／５ｈの加圧注入した後に、熱硬化［２５℃から１２０℃までを３０ｍｉｎで昇温して１２０℃／１ｈ保持した後、１２０℃から２１０℃までを２ｈ掛けて昇温して２１０℃／８ｈ保持］して実施例１１の電気絶縁線輪を製作した。実施例１２の電気絶縁線輪単体は実施例４のドライマイカテープを用いた以外は実施例１１と同様の方法で作製し、この電気絶縁線輪単体に実施例１１と同様の方法で含浸ワニスを注入して実施例１２の電気絶縁線輪を作製した。実施例１３の電気絶縁線輪単体は実施例６のドライマイカテープを用いて最終硬化温度を２３０℃に変えた以外は実施例１１と同様の方法で作製し、この電気絶縁線輪単体に実施例１１と同様の方法で含浸ワニスを注入して実施例１３の電気絶縁線輪を作製した。
一方、比較例４の電気絶縁線輪単体は比較例１の構成のドライマイカテープを用いた以外は本実施例１１と同様な方法で作製し、この電気絶縁線輪単体に実施例１１と同様の方法で含浸ワニスを注入して、比較例４の電気絶縁線輪を作製した。比較例５の電気絶縁線輪単体は比較例３の構成のドライマイカテープを用いた以外は本実施例１１と同様の方法で作製し、この電気絶縁線輪単体に本実施例１１と同様の方法で含浸ワニスを注入して比較例５の電気絶縁線輪を作製した。
実施例１１〜１３、比較例４〜５の電気絶縁線輪の１８０℃におけるｔａｎδ（印加電圧１ｋＶ）を測定した。その結果を表４に示す。本実施例１１〜１３の電気絶縁線輪のｔａｎδは１３．２〜１４．１％の範囲であった。一方、比較例４〜５の電気絶縁線輪は比較例１、３のドライマイカテープを用いたため、耐熱性が低くなってしまいｔａｎδがそれぞれ２４．２％、２２．３％であった。
以上、本実施例１１〜１３は、絶縁材料の耐熱性が向上できるドライマイカテープを用いることにより、電気絶縁性に優れた電気絶縁線輪が得られた。
Figure 2012038681
（実施例１４〜１６）
本発明に示すドライマイカテープを用いて固定子コイルを作製した例について説明する。図３（ａ）は本発明の固定子コイルの断面正面図、図３（ｂ）が本発明の図３（ａ）の楕円で示した部分の鉄心スロット（電機絶縁線輪単体挿入後）断面拡大図である。
実施例１４の固定子コイルは、実施例１のドライマイカテープを用いて実施例７と同様の方法で電気絶縁線輪単体を作製し、この電気絶縁線輪単体を鉄心９の鉄心スロット１０に挿入した後、図３（ｂ）に示すサシギ下ライナー１１及びサシギ１２を電気絶縁線輪単体の固定のために各々挿入して固定子コイル単体を作製した。この固定子コイル単体を２５℃に保持した含浸槽内に静置して、実施例１１と同様の含浸ワニスを用いて実施例１１と同様の注入条件と熱硬化条件にて、本実施例１４の固定子コイルを作製した。次に、実施例１５の固定子コイルは、実施例３のドライマイカテープを用いた以外は本実施例１１と同様の方法で作製した。さらに、実施例１６の固定子コイルは、実施例５のドライマイカテープを用いた以外は本実施例１１と同様の方法で作製した。
実施例１４〜１６の固定子コイルの１８０℃におけるｔａｎδ（印加電圧１ｋＶ）を測定した。その結果を表５に示した。本実施例１４〜１６の固定子コイルはｔａｎδが１２．２〜１４．０％であった。
以上、本実施例１４〜１６は、絶縁材料の耐熱性が向上できるドライマイカテープを用いることにより、電気絶縁性に優れた固定子コイルが得られた。
Figure 2012038681
（実施例１７）
本発明に示すドライマイカテープを用いて作製した固定子コイルを、本発明の回転電機に適用した例について説明する。実施例１７の回転電機は、実施例１４と同様の方法で作製した固定子コイルを用いて、図４に示すように、前記固定子コイル１３と回転子コイル１４等を組立てて結線して回転電機１５を作製した。
以上、本実施例１７の回転電機は、高温（１８０℃）における電気絶縁性が向上できる固定子コイルを用いているため、固定子コイルのサイズを変えることなく出力を高くできるので、本発明の回転電機を小型化できる効果が得られた。
１…補強基材、２…バインダ樹脂層Ａ、３…マイカペーパー、４…バインダ樹脂層Ｂ
５…電気絶縁線輪、６…導体、７…ドライマイカテープに含浸ワニスを注入し硬化した絶縁材料、８…コロナシールド、９…鉄心、１０…鉄心スロット、１１…サシギ下ライナー、１２…サシギ、１３…固定子コイル、１４…回転子、１５…回転電機

Claims (17)

  1. 補強基材と、該補強基材上に形成され、エポキシ樹脂および硬化促進剤を含むバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸する、エポキシ樹脂を含む含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを有することを特徴とするドライマイカテープ。
  2. 請求項１記載のドライマイカテープにおいて、前記バインダ樹脂層Ｂはエポキシ樹脂の硬化促進剤を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
  3. 請求項２記載のドライマイカテープにおいて、前記バインダ樹脂層Ａに含まれるエポキシ樹脂はエポキシ基を三つ以上有する多官能エポキシ樹脂を含み、前記バインダ樹脂層Ｂは脂環式エポキシ樹脂を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
  4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、該バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂはエポキシ樹脂とアミン系硬化促進剤を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
  5. 請求項４記載のドライマイカテープにおいて、該バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂに含まれるアミン系硬化促進剤は、コアがアミン化合物であって、シェルがエポキシ樹脂からなるカプセル型硬化促進剤であることを特徴とするドライマイカテープ。
  6. 請求項３記載のドライマイカテープにおいて、該バインダ樹脂層Ａ及び／又はバインダ樹脂層Ｂに含まれる硬化促進剤は、金属アセチルアセトネートであることを特徴とするドライマイカテープ。
  7. 請求項４又は５記載のドライマイカテープにおいて、前記バインダ樹脂層Ａ又はバインダ樹脂層Ｂは、更に（式１）で表わされる酸無水物骨格を有する酸硬化剤を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
    Figure 2012038681
  8. 請求項７記載のドライマイカテープにおいて、前記バインダ樹脂層Ａに含まれる酸硬化剤は（式２）で表されるメチルシクロヘキセンテトラカルボン酸二無水物を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
    Figure 2012038681
  9. 請求項２〜５のいずれかに記載のドライマイカテープにおいて、該バインダ樹脂層Ｂに含まれるエポキシ樹脂は、（式３）で表わされる骨格を有するエポキシ樹脂を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
    Figure 2012038681
  10. 請求項２に記載のドライマイカテープにおいて、該バインダ樹脂層Ｂに含まれる硬化促進剤は、エポキシアダクトイミダゾールまたは金属アセチルアセトネートを含むことを特徴とするドライマイカテープ。
  11. 請求項２〜７のいずれかに記載のドライマイカテープにおいて、前記バインダ樹脂層Ｂはエポキシ樹脂及び硬化促進剤に加えて、化学構造に（式１）で表わされる酸無水物骨格を有する酸硬化剤を含むことを特徴とするドライマイカテープ。
  12. 絶縁被覆して規定形状に成型した導体に、補強基材と、該補強基材上に形成され、エポキシ樹脂を含むバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸するエポキシ樹脂を含む含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを有するドライマイカテープを巻回して電気絶縁線輪単体とし、前記電気絶縁線輪単体にエポキシ樹脂を含む含浸ワニスを注入して硬化することを特徴とする電気絶縁線輪。
  13. 前記含浸ワニスは硬化促進剤を含まず、前記バインダ樹脂層Ａ及びバインダ樹脂層Ｂに硬化促進剤を含むことを特徴とする請求項１２記載の電気絶縁線輪。
  14. 請求項１２又は１３記載の電気絶縁線輪を鉄心スロットに組込み、該電気絶縁線輪を鉄心外端部で接続したことを特徴とする固定子コイル。
  15. 絶縁被覆して規定形状に成型した導体に、補強基材と、該補強基材上に形成され、エポキシ樹脂を含むバインダ樹脂層Ａ、該バインダ樹脂層Ａに接して形成されたマイカペーパー層、及び前記マイカペーパー層に接して形成され、エポキシ樹脂を含み、導体に巻回したドライマイカテープに含浸するエポキシ樹脂を含む含浸ワニスと反応して、含浸ワニスのみの硬化物よりも高いガラス転移点を有する硬化物を与えるバインダ樹脂層Ｂを有するドライマイカテープを巻回して電気絶縁線輪単体とし、前記電気絶縁線輪単体を鉄心スロットに組込み、前記電気絶縁線輪単体を鉄心外端部で接続して前記電気絶縁線輪単体と鉄心とを一体にして固定子コイル単体とし、前記固定子コイル単体にエポキシ樹脂を含む含浸ワニスを注入して硬化したことを特徴とする固定子コイル。
  16. 前記含浸ワニスは硬化促進剤を含まず、前記バインダ樹脂層Ａ及びバインダ樹脂層Ｂに硬化促進剤を含むことを特徴とする請求項１５記載の固定子コイル。
  17. 請求項１４〜１６のいずれかに記載の固定子コイルと、回転子コイルを備えることを特徴とする回転電機。
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