JP4249431B2 - 回転電機用絶縁コイルおよびその製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機および電動機等の回転電機、特に高電圧の回転電機の電機子コイルとして使用される絶縁コイルの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧の回転電機用絶縁コイルは、絶縁性を高めるためには、絶縁体内部から可能な限り空隙を除くことが肝要である。
【０００３】
従来の通常の高電圧の絶縁コイルは、図５に示すように、コイルの絶縁された素線１１を巻回して整列した後、高温で加圧成形して素線コイル１を製作し、この素線コイル１に集成マイカテープなどの対地絶縁テープを複数回巻回して絶縁樹脂の含浸されていない対地絶縁層を形成する。次に、この絶縁樹脂未含浸の対地絶縁層の形成された素線コイル１を樹脂含浸用の型に入れて、熱硬化性の絶縁樹脂２２を真空加圧含浸させて硬化することによって絶縁コイルを形成する。この方法は、大形の回転電機のコイルの製造に多く用いられ、コイル単位で含浸が行なわれることからコイル単体含浸方式と呼ばれている。
【０００４】
別の方法として未含浸の素線コイルを回転電機の鉄心のスロット内に挿入し、インターレイヤ、楔等を設置した後に、鉄心とコイルを一体で絶縁樹脂を含浸し、硬化させる、全含浸方式と呼ばれる方法もある。
【０００５】
何れの方式の絶縁コイルにおいても、内部に空隙のない対地絶縁層を得るために、絶縁樹脂の含浸技術の向上が図られてきた。その結果、現在の対地絶縁層においては、ほぼ完全に空隙の存在しない良好な含浸状態が得られるレベルにある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように絶縁技術が向上するのにともなって、近年においては、絶縁コイルのコイル導体の寸法はそのままで、コイルの絶縁層の厚さを薄くしてコイル寸法を縮小することによって回転電機を小形化する要求が高まっている。
【０００７】
しかしながら、絶縁コイルの対地絶縁層を集成マイカテープと含浸樹脂とで構成した従来の絶縁コイルにおいては、小形化のために単純に絶縁層の厚さを薄くしたのでは、絶縁層が高電界化するため、絶縁破壊耐力が低下し、絶縁コイルの寿命が短くなる欠点が生じる。
【０００８】
この発明は、回転電機の小形化のために、対地絶縁層の厚さが薄くても絶縁破壊耐力が高く、寿命を長くすることのできる、高電圧の回転電機用絶縁コイルを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような課題を達成するため、導体に絶縁を施した素線を巻回して構成した素線コイルの外周に、耐電界強度の高い無孔質のフィルム状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープを巻回し、加熱、加圧成形し、前記半硬化状の熱硬化性樹脂を硬化して形成された第１絶縁層と、この第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材を巻き回した後、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して形成された第２絶縁層とから対地絶縁層を形成してなることを特徴とする。
【００１０】
また、対地絶縁層内の第１絶縁層の内側に内部電界緩和層を設けてもよく、この内部電界緩和層は、導電性テープを、絶縁性のテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を塗布処理したプリプレグテープで挟んで構成された導電性プリプレグテープにより構成することができる。
【００１１】
さらに、前記対地絶縁層の角部を円弧状にして電界集中緩和処理を施すことができる。
【００１２】
さらにまた、前記回転電機用絶縁コイルは、導体に絶縁を施した素線を巻回して構成した素線コイルの外周に耐電界強度の高い無孔質のフィルム状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープを巻回し、加熱、加圧成形し、前記半硬化状の熱硬化性樹脂を硬化して第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材を巻回して、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して第2絶縁層を形成する工程とを含む方法によって製造する。
【００１３】
内部電界緩和層を設ける場合は、第１絶縁層を形成する工程において、プリプレグ集成マイカテープの下に導電性プリプレグテープを巻回して素線コイルを加熱、加圧成形する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を、図に示す実施例を用いて説明する。
【００１５】
−実施例１−
図１は、この発明の第１実施例を示す。
【００１６】
この図において、１は、素線導体１１に素線絶縁１２を施してなる素線１０を巻型を用いて巻回して形成した素線コイルである。この素線コイル１の外周に耐高電界絶縁層２１と、対地絶縁テープを含む含浸樹脂絶縁層２２からなる対地絶縁層２を形成している。１３は、素線コイル１の頭部の空所を埋める絶縁材よりなる頭部詰め物である。
【００１７】
耐高電界絶縁層２１は、無孔質の耐高電界絶縁フィルムを基材にしてマイカを集成してなる集成マイカテープまたはシートの少なくとも一方の面に、Bステージの半硬化状の熱硬化性樹脂、例えば。エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂を塗布処理して形成したプリプレグ集成マイカテープまたはシートで構成される。この絶縁層２１は、素線コイル１上に前記のプリプレグ集成マイカテープまたはシートを巻回し、全体を高温加圧成形プレスにより高温加熱しながら加圧成形して形成する。これによって、無孔質の耐高電界絶縁フィルムおよびマイカが空隙を生じることなく素線コイル１の外周に接着され、空隙なしの耐高電界絶縁層２１が形成される。
【００１８】
この耐高電界絶縁層２１の上にガラス繊維等からなる多孔質のテープ基材上にマイカを集成して形成した集成マイカテープを対地絶縁テープとして巻回して、エポキシ系樹脂またはポリイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を真空加圧含浸し、硬化することによって対地絶縁層２を形成する。ここで使用する対地絶縁テープは、熱硬化性樹脂の含浸性をよくするために、多孔質の絶縁材を基材としたテープを用いるのがよい。
【００１９】
このようにして形成された回転電機用絶縁コイルは、対地絶縁層２の耐高電界絶縁層２１として、厚さ当たりの絶縁破壊電圧の高い耐高電界性の無孔質フィルム基材のマイカテープを用いることによって、高い絶縁性能を得ることができるので対地絶縁層２の厚さを薄くすることができ、絶縁コイルの寸法を縮小することが可能となる。
【００２０】
無孔質の絶縁フィルムを基材にした集成マイカテープは高い耐絶縁破壊電圧特性を有するが、絶縁樹脂の含浸性が悪いため、そのまま使用したのでは、樹脂を含浸して形成した絶縁層内に空隙が発生したりして所望の絶縁性能を得ることができないが、この発明のように、この無孔質絶縁フィルム基材に予め半硬化状の絶縁樹脂を塗布処理して形成したプリプレグ集成マイカテープを用いることにより、このテープのプリプレグ樹脂が素線コイルに対して空隙のない接着層を形成することができるため、高い絶縁性能を得ることができる。
【００２１】
−実施例２−
図２は、この発明の第２実施例を示す。
【００２２】
この図の（ａ）、（ｂ）において、１および２は、前記実施例１の場合と同じく、それぞれ素線コイルおよび対地絶縁層である。この実地例においては、素線コイル１と耐高電界絶縁層２１との間に内部電界緩和層３が設けられている。この内部電界緩和層３は、有機または無機の絶縁繊維基材にカーボン繊維などの導電性繊維を織り込んで構成した導電性テープ３１を上下から絶縁性のテープにＢステージ（半硬化状）のエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を処理したプリプレグテープ３２および３３で挟んで素線コイルに１上に巻回して構成され、さらにその上に耐高電界絶縁層２１を形成する無孔質フィルム基材のプリプレグ集成マイカテープを巻回して、加熱成形プレスにより、加熱しながら加圧成形して、これらのテープを空隙なしに接着する。そしてその上にさらに、多孔質繊維基材の集成マイカテープよりなる対地絶縁テープを巻回した上で、熱硬化性絶縁樹脂を真空加圧含浸し、樹脂を加熱硬化して対地絶縁層を仕上げる。各絶縁層の関係が図２（ａ）では不明瞭であるので、図２（ａ）のＢ部を拡大して図２（ｂ）に示す。
【００２３】
これにより、素線コイルの表面付近に電界緩和用の導電層が設けられるので素線コイル１の外周の不均一な電界分布が緩和されるため局部的な電界集中がなくなり、対地絶縁層２全体がほぼ均等に電界を分担することになる。このため、対地絶縁層２の厚さを薄くしても絶縁性能を維持することができ、絶縁コイルの小形化が図れるようになる。
【００２４】
−実施例３−
図３は、この発明の第３実施例を示す
この実施例３の絶縁コイルは、前記実施例２の絶縁コイルとほぼ同じ構成であるが、異なる点は、内部電界緩和層３の構成である。すなわち、実施例２においては、導電性テープ３１と上下層のプリプレグテープ３２および３３とで内部電界緩和層３を形成しているが、この実施例３においては、図３（ｂ）に詳細を示すように、内部電界緩和層３を導電性のプリプレグテープ３４と下層プリプレグテープ３２によって形成している。
【００２５】
この導電性プリプレグテープ３４は、導電性のテープまたはシートにＢステージ（半硬化状）の熱硬化性のエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の塗布処理をしたものである。
【００２６】
これにより、内部電界緩和層３の厚さを薄くできるので、絶縁コイルをより小形にすることができる。
【００２７】
―実施例４―
図４は、この発明の第４実施例を示す。
【００２８】
この実施例４の絶縁コイルの内部構成は前記各実施例と同じであるが、異なる点は、素線コイルの頭部詰め物１３の角部の円弧の曲率を大きくすることによって、その外周の対地絶縁層２の角部が曲率の大きな円弧として、角部に電界分布の緩和処理を施した点である。
【００２９】
この実施例４のように構成すれば、対地絶縁層２の内部および外部の角部の電界集中が緩和されるので、絶縁コイル全体の電界分布がより均一化され、局部的な電界集中がなくなるため、絶縁性能をより高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、素線コイルの外周に形成する対地絶縁層の素線コイル側に無孔質の絶縁性フィルム基材に半硬化状の熱硬化性樹脂を塗布処理してなるプリプレグテープにより耐高電界絶縁層を形成しているので対地絶縁層の耐電界性能を高め、耐絶縁破壊電圧特性をたかくすることができる。したがって、対地絶縁層の厚さを薄くして従来と同等の絶縁性能を発揮することができるようになるので、絶縁コイルの寸法を縮小化することができ、回転電機の小形化に貢献できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例を示す絶縁コイルの部分断面図である。
【図２】 （ａ）は、この発明の第２実施例を示す絶縁コイルの部分断面図、（ｂ）はそのＢ部を拡大して示す断面図である。
【図３】 （ａ）は、この発明の第３実施例を示す絶縁コイルの部分断面図、（ｂ）はそのＢ部を拡大して示す断面図である。
【図４】 この発明の第４実施例を示す絶縁コイルの部分断面図である。
【図５】 従来例を示す絶縁コイルの部分断面図である。
【符号の説明】
１ 素線コイル
１１ 導体
１２ 素線絶縁
１３ 頭部詰め物
２ 対地絶縁層
２０ 第2絶縁層
２１ 耐高電界絶縁層（第１絶縁層）
２２ 含浸絶縁樹脂
３ 内部電界緩和層
３１ 導電性テープ
３２、３３ プリプレグ絶縁テープ
３４ プリプレグ導電性テープ

Claims (6)

1. 導体に絶縁を施した素線を巻回して構成した素線コイルの外周に、耐電界強度の高い無孔質のフィルム状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープを巻回し、加熱、加圧成形し、前記半硬化状の熱硬化性樹脂を硬化して形成された第１絶縁層と、この第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材を巻き回した後、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して形成された第２絶縁層とから対地絶縁層を形成してなることを特徴とする回転電機用絶縁コイル。
2. 請求項１記載の回転電機用絶縁コイルにおいて、前記第１絶縁層の内側に内部電界緩和層を設けたことを特徴とする回転電機用絶縁コイル。
3. 請求項２記載の回転電機絶縁コイルにおいて、前記内部電界緩和層は、導電性テープを、絶縁性のテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を塗布処理したプリプレグテープで挟んで構成された導電性プリプレグテープであることを特徴とする回転電機用絶縁コイル。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の回転電機用絶縁コイルにおいて、前記対地絶縁層の角部を円弧状にして電界集中緩和処理を施したことを特徴とする回転電機用絶縁コイル。
5. 導体に絶縁を施した素線を巻回して構成した素線コイルの外周に耐電界強度の高い無孔質のフィルム状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープを巻回し、加熱、加圧成形し、前記半硬化状の熱硬化性樹脂を硬化して第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材を巻回して、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して第２絶縁層を形成する工程とを含むことを特徴とする回転電機用絶縁コイルの製造方法。
6. 導体に絶縁を施した素線を巻回して構成した素線コイルの外周に導電性プリプレグテープを巻回し、その上に耐電界強度の高い無孔質のフィルム状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープを巻回し、加熱、加圧成形し、前記半硬化状の熱硬化性樹脂を硬化して第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材を巻回して、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して第２絶縁層を形成する工程とを含むことを特徴とする回転電機用絶縁コイルの製造方法。

Images