JP2979887B2 - 電気機器コイル及びコイルを有する電気機器並びにその製造方法 - Google Patents

電気機器コイル及びコイルを有する電気機器並びにその製造方法

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JP2979887B2
JP2979887B2 JP5055438A JP5543893A JP2979887B2 JP 2979887 B2 JP2979887 B2 JP 2979887B2 JP 5055438 A JP5055438 A JP 5055438A JP 5543893 A JP5543893 A JP 5543893A JP 2979887 B2 JP2979887 B2 JP 2979887B2
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coil
interlayer insulation
electric device
conductor
conductors
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グスタボ モントヤ
伸一 小野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導体とこの間に挿入す
る層間絶縁とより成る電気機器コイル及びコイルを有す
る電気機器並びにその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電気機器のコイルを冷却する方法として
導体と冷媒を直接接触させるタイプの冷却方式では、冷
却効率を高めるため導体と冷媒の間には絶縁層を用いず
にコイルを形成することが必要とされる。従来、このよ
うなコイルに対する層間絶縁としては、シート状の絶縁
を導体間に挿入していき、コイルを形成する方式がとら
れている。電気機器の中で、特に発電機,電動機や、粒
子加速機などでは、鞍型をしたコイルを用いるのが一般
的である。
【0003】鞍型形状のコイルでは、コイル直線部とコ
イル直線部の間のコイル円弧部において、コイル中心線
状では円形状もしくは楕円形状であるが、コイルの縁の
軌跡は単純な円形や楕円形ではなく、正確な形状を記述
するには非常に複雑なものとなる。しかもこのコイル円
弧部の形状はコイル積層方向高さ位置によってそれぞれ
異なった形状をしているため、その高さにあった形状を
一枚一枚製作しなければならない。実際の層間絶縁製作
にあたっては各高さでの層間絶縁を、その形状に合わ
せ、円形状または楕円形状で近似して切断を行ってい
る。
【0004】しかしながら、精密な形状が要求される機
器、とくに超電導導体を用いた粒子加速機等の鞍型コイ
ルでは、層間絶縁の製作方法として点列データをNC機
器に入力し、層間絶縁材料の切断を行っている。このよ
うなNC機を用いた層間絶縁製作方法では、何百ター
ン、時には何千ターンにも及ぶ鞍型コイルを形成するた
めに、膨大な費用と時間を費やすことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】即ち、鞍型形状のコイ
ルのうち、図6、図7に示すコイルの直線部6と直線部
7との間のコイルの円弧部8では、その形状が円形でも
なければ、楕円形でもない複雑な形状となる。また円弧
部8ではその層間絶縁3Aを製作するためには、絶縁シ
ート9にNC機器などを用いてケガキを行い、切断する
という方法を用いなければならなかった。ターン数の多
いコイルでは、このようなNC機器を用いて層間絶縁を
製作することは、製作費用が膨大になり、さらに製作時
間にも多大な時間を費やしていた。
【0006】一方、絶縁シート9を切り出しにより製作
した層間絶縁3では、導体間に挿入しただけでは、導体
間でずれや滑りを生じ、絶縁性能を悪化させるばかりで
なく、コイル内で層間短絡現象が発生した場合には、コ
イルを溶断し大事故となる可能性もある。尚、この種の
技術として、特開平4−56548号公報,実開平3−23812号
公報を挙げることが出来る。
【0007】本発明の目的は、コイルの製作時間を大幅
に低減し、且つ電気絶縁性能も高めた信頼性の高い電気
機器コイルとその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電気機器コ
イルは、断面が円形形状のチューブ型絶縁部材を平坦に
潰して形成した層間絶縁を有するものであり、各層間絶
縁の側端面が導体の積層方向にはみ出して形成された突
出部を備えたものである。チューブ型絶縁部材の内部に
は絶縁フィルムを挿入している。このように構成された
本発明に係る電気機器コイルは次のように製造される。
すなわち柔軟性を有するチューブ型絶縁部材にプレプレ
グレジンを塗布した層間絶縁を導体間に挿入し、層間絶
縁を押圧しながら導体を複数積層し、層間絶縁の側端面
が導体の積層方向に突出したコイルを形成し、このコイ
ルを加熱して層間絶縁に塗布されたプレプレグレジンを
硬化する。また、このように構成された本発明に係る電
気機器コイルは、発電機や電動機などの回転電機、或い
は粒子加速器、或いは超電導機器などの鉄心に装着され
た電気機器コイルとして用いられる。
【0009】
【作用】本発明に係る電気機器コイルによれば、積層さ
れた導体間に押圧されて配置された層間絶縁は、柔軟で
伸縮性を有するチューブ型絶縁部材であるので、コイル
の円弧部の複雑な形状に合せて層間絶縁も変形するよう
になり、従来のようにコイル形状に合せて絶縁シートを
一枚一枚製作する必要がない。また、積層された導体間
に押圧されて配置された層間絶縁は、導体の内周縁側及
び外周縁側の一部を覆うように導体の積層方向にはみ出
して形成された突出部を備えたものであるので、コイル
層間のずれ、滑りを防止できる。また、コイルの沿面距
離を増大できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図5を用い
て説明する。
【0011】図3の発電機に使用される回転子10は、
回転軸11に回転子コア12を固着し、回転子コア12
の外周にはティース13とウェッジ14を形成し、これ
らに鞍型形状の界磁コイル1を装着し、界磁コイル1の
一端はリティニングリング15により押圧され支持され
ている。
【0012】界磁コイル1(以下コイルと称する)と同
じ鞍型形状のコイル1は、図1に示すように発電機,電
動機などの回転子コイル、及び粒子加速機等で用いられ
ており、さらに冷却特性を向上させるために、冷媒がコ
イル導体に直接接触するような冷却方式をとっている。
このような方式では、導体2に直接絶縁を巻付けること
は、その冷却性能を低下させるため、用いられておら
ず、導体間に層間絶縁3を置くだけの構造としている。
【0013】本発明では、図1に示すようにコイル形成
時に導体2を巻線する際に、断面が円形形状のチューブ
型絶縁部材4を平坦に潰した層間絶縁3を形成する。層
間絶縁3にはエポキシー系のプレプレグレジンを塗布す
る。レジンを塗布した層間絶縁3を導体2の間に挿入
し、且つ巻込みながら巻回して鞍型形状のコイル1を形
成する。そうすると、図2のように積層された導体2
と、これら導体間に押圧されて配置された柔軟性を有す
る層間絶縁3と、各層間絶縁の側端面が導体積層方向に
はみ出して形成された突出部5を備えたコイル1を構成
する。このコイル1を加熱装置に配置してレジンを硬化
させて導体2を層間絶縁3に固着させる。
【0014】チューブ型絶縁部材4としてガラス繊維を
編むことにより製作されたものを用いると、柔軟で伸縮
性があり複雑な形状にも間隙なく巻付けを行うことが可
能となる。この層間絶縁3として、テープ状のフレキシ
ブルな材料を用いてもよい。チューブ型の層間絶縁3の
幅は導体2の幅より広く形成されている。チューブ型の
層間絶縁3を導体2の間に挿入しながら巻込んで巻回す
る時に、巻回力が導体で層間絶縁3を押圧する押圧力と
して働き、コイル形成後のコイル断面が図2に示すよう
に、層間絶縁3の内周縁側及び外周縁側の一部が導体積
層方向に沿ってはみ出す突出部5を形成して、層間絶縁
3のずれ,滑りを防止する効果が生まれる。
【0015】一方、コイル1においてこの層間絶縁3に
ずれ,滑りが生ずるといわゆるレアショートが発生する
可能性が高くなる。レアショートが発生した場合、その
ショートした1ターンとその他の全ターン数との比で、
トランス効果で多大な電流が流れることになり、特に巻
線数が多く、通電電流も多い超電導機器等では、コイル
の溶断は必至であり大事故となるが、本発明の突出部5
により防止できる。
【0016】上述したように、本発明では、次のような
効果を達成することが出来るようになった。
【0017】1)柔軟で伸縮性があるチューブ型絶縁部
材の層間絶縁3を使用したので、コイル1の円弧部7の
複雑な形状にしたがって層間絶縁3も変形するので、従
来の層間絶縁のように絶縁シートよりコイル形状に合わ
せて、一枚一枚製作したのに比べて、大幅に作業時間を
短縮出来るようになった。
【0018】2)突出部5は導体2の内周縁側及び外周
縁側の一部を覆うように突起しており、コイル1のず
れ,滑りが生じにくくなるばかりでなく、コイル層間の
沿面距離が増大しレアショートの可能性を多分に低減す
ることが出来るようになった。
【0019】又、突出部5は導体縁での沿面距離を増大
し、導体部分での層間絶縁の厚みを薄くすることも可能
となり、所定の寸法に対し巻ターン数をふやすことも可
能となる。特に、チューブ型絶縁部材の層間絶縁3を使
用すると、突出部5の形状は円弧状となり、電界集中を
生じることがない。
【0020】更に、コイルとしては、電磁力やその他の
機械的な力(回転子における遠心力など)に対し変動量
の少ない、すなわちヤング率の高いコイルが望まれる。
特に超電導を用いたコイルでは、コイルのスリップなど
によりクエンチ現象が発生してしまうため、コイルの動
きを発生させないことは、重要なことである。
【0021】このチューブ型層間絶縁材料としてガラス
繊維を用いるとその繊維内にエポキシ等の樹脂を含浸す
ることは、容易に行うことができる。エポキシを含浸し
コイル形成後にエポキシを所定の温度でキュアすると、
更に導体ずれも滑りも発生しないコイルとなるのに加
え、キュア時にコイルを積層方向から加圧するとさらに
導体と層間絶縁が密着しヤング率の高い強固なコイルを
形成することが可能となる。
【0022】3)上述のように、エポキシ等の樹脂を加
熱硬化する場合には、巻線全体を恒温室に入れるか、巻
線部にヒータを配置し温度管理をしながら行う。
【0023】しかしながら、コイルを保持する金属ボビ
ンが大きい場合には、コイル全体を恒温室に入れること
は困難となり、またヒーターや熱風ブロアーを用いて温
度を上げようとしてもボビンに熱がとられ容易に温度を
上げることができなくなる。そこで、上記の樹脂含浸型
のチューブ層間絶縁を加熱硬化する場合には、導体自体
に電流を通電し温度上昇を促すと効果的である。すなわ
ち、電流通電により容易にしかも均一な温度上昇を層間
絶縁部に与えることが可能となり、しかもどんなに大き
なコイルであっても、恒温室設備のように設備的に大き
な問題となることはない。
【0024】層間絶縁として絶縁耐力をさらに向上させ
るためには、層間絶縁としてポリイミドなどの絶縁耐力
の大きいものを用いることが望まれる。本発明で用いて
いるチューブ型層間絶縁では、図4に示すようにガラス
チューブ内部2にポリイミドフィルム10を挿入する
と、特に導体の形状に突起部(ねじり導体)があり、突
起部がチューブ型層間絶縁を押圧すると、フィルム10
により層間絶縁が破損するのを防止出来る。
【0025】また、フィルムを挿入する方法としてチュ
ーブを製作する際にその芯となる繊維巻付け棒11に予
めフィルムを巻付けて製作することにより、図5に示す
ようなフィルム入りチューブも可能である。このような
層間絶縁を用いることにより、さらに絶縁厚みを薄くす
ることが可能となり、同一寸法でより多くのターン数を
持つコイルを製作することが可能となる。
【0026】
【発明の効果】本発明に係る電気機器コイルによれば、
積層された導体間に押圧されて配置された層間絶縁
柔軟で伸縮性を有するチューブ型絶縁部材であるので、
コイルの円弧部の複雑な形状に合せて層間絶縁も変形す
るようになり、従来のようにコイル形状に合せて絶縁シ
ートを一枚一枚製作する必要がなく、大幅に作業時間の
短縮が図れる。また、本発明に係る電気機器コイルによ
れば、積層された導体間に押圧されて配置された層間絶
縁は、導体の内周縁側及び外周縁側の一部を覆うように
導体の積層方向にはみ出して形成された突出部を備えた
ものであるので、コイル層間のずれ、滑りを防止でき、
電気絶縁性能の向上が図れる。また、コイルの沿面距離
を増大でき、コイルの耐電圧性能の向上が図れるので、
その分電気機器の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図3の回転子に使用したコイルの斜視図であ
る。
【図2】図3の回転子の積層側断面である。
【図3】本発明の実施例を示した回転電機の回転子の斜
視図である。
【図4】本発明の他の実施例を示したチューブ型層間絶
縁の斜視図である。
【図5】本発明の他の実施例を示したチューブ型層間絶
縁の斜視図である。
【図6】従来の鞍型コイルの円弧部付近を示す斜視図で
ある。
【図7】第6図に使用する絶縁シートの平面図である。
【符号の説明】
1…鞍型コイル、2…導体、3…層間絶縁、4…チュー
ブ型層間絶縁、5…突出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−274633(JP,A) 特開 昭59−185133(JP,A) 特開 昭57−59444(JP,A) 実開 昭52−25249(JP,U) 実開 平3−94052(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 3/00 - 3/52 H01F 27/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】積層された導体と、該導体間に押圧されて
    配置されると共に、断面が円形形状のチューブ型絶縁部
    材を平坦に潰して形成した層間絶縁を有するものであっ
    て、前記各層間絶縁の側端面が前記導体の積層方向には
    み出して形成された突出部を備えたものであることを特
    徴とする電気機器コイル。
  2. 【請求項2】前記チューブ型絶縁部材の内部に絶縁フィ
    ルムを挿入したことを特徴とする請求項1記載の電気機
    器コイル。
  3. 【請求項3】柔軟性を有するチューブ型絶縁部材にプレ
    プレグレジンを塗布した層間絶縁を導体間に挿入し、層
    間絶縁を押圧しながら導体を複数積層し、層間絶縁の側
    端面が導体の積層方向に突出したコイルを形成し、該コ
    イルを加熱して層間絶縁に塗布されたプレプレグレジン
    を硬化することを特徴とする電気機器コイルの製造方
    法。
  4. 【請求項4】鉄心と、該鉄心に装着された電気機器コイ
    ルを備え、該電気機器コイルは、積層された導体と、該
    導体間に押圧されて配置されると共に、断面が円形形状
    のチューブ型絶縁部材を平坦に潰して形成した層間絶縁
    を有するものであって、前記各層間絶縁の側端面が前記
    導体の積層方向にはみ出して形成された突出部を備えた
    ものであることを特徴とする電気機器。
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WO1997030506A1 (fr) * 1996-02-16 1997-08-21 Hitachi, Ltd. Enroulement de stator dans une machine electrique rotative et son procede de fabrication
FR2851089B1 (fr) * 2002-12-20 2014-03-07 Valeo Equip Electr Moteur Procede et dispositif d'isolation d'encoches pour un bobinage en epingle d'une machine electrique tournante
JP5853625B2 (ja) 2011-11-16 2016-02-09 富士通株式会社 コイル装置の製造方法
JP5915588B2 (ja) * 2013-05-10 2016-05-11 株式会社豊田自動織機 コイル及びコイルの製造方法
JP7178558B2 (ja) * 2017-04-13 2022-11-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 コイル及びそれを用いたモータ

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