JPH09308159A - 回転電機の固定子コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂の含浸・加熱硬化時や運転の際の温度変
化に伴う熱応力により、対地主絶縁層に微小な亀裂や剥
離が発生するのを防止し、コロナ放電の発生を極力防止
できる構造の回転電機の固定しコイルを得る。 【解決手段】 表面コロナ防止層２６として、対地主絶
縁層２５側の片面を表面処理した離型性半導電層２７
と、その外周に離型性半導電層２７を保護する半導電層
２８を設ける。また、離型性半導電層２７と半導電層２
８をテープ状とし、互いに逆方向に巻回する。また、ス
ロット出口近傍部の表面コロナ防止層を、離型性半導電
層と、離型性半導電層の外周に設けられた離型性絶縁層
と、離型性絶縁層の外周に設けられた半導電層とで構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイルを鉄心スロ
ットに収納した状態で樹脂の含浸を行う全含浸方式によ
り製造される高圧回転電機の固定子コイルに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】高圧回転電機の固定子および回転子コイ
ルの樹脂含浸方式として、コイル単体で樹脂含浸を行う
単体含浸方式と、コイルを鉄心スロットに収納した状態
で樹脂含浸を行う全含浸方式がある。この全含浸方式で
は、鉄心とコイルが一体的に固着され、鉄心スロット内
の空隙が樹脂により充填されるのでコイルと鉄心の間の
熱伝導率が高く、冷却性能に優れるとともに、樹脂の含
浸、加熱硬化の工程を簡素化できる利点があり、高圧回
転電機の固定子および回転子コイルの樹脂含浸方式とし
て広く使用されている。

【０００３】しかし、樹脂の含浸・加熱硬化時の温度変
化や、運転の際の起動停止による温度変化に伴い、一体
化された鉄心スロット内壁面とコイル絶縁との間に互い
の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生することによ
り、対地主絶縁層に亀裂の発生や剥離を生じることが懸
念される。

【０００４】これを防止するための固定子コイルの構成
として、特開昭５８−６４００５号公報に掲載されたも
のがある。図６はこの固定子コイルを示す断面構成図で
ある。図において、１はコイル導体、２は素線絶縁、３
は対地絶縁層、４は低抵抗絶縁層、５は離型性低抵抗絶
縁層、６は鉄心、７はスロット、８は楔である。それぞ
れ素線絶縁２によって被覆されたコイル導体１は、複数
本束ねられて外側を対地絶縁層３によって被覆されてい
る。対地絶縁層３の外側には、導電性絶縁テープやシー
トによる低抵抗絶縁層４が形成され、さらに離型性低抵
抗絶縁層５が形成されている。上記のように各絶縁層で
被覆されたコイル導体１は、離型性低抵抗絶縁層５を介
して鉄心６のスロット７に収納され、スロット７の開口
を覆うように楔８を挿入した後、鉄心全体を樹脂含浸槽
に入れて樹脂含浸を行う。

【０００５】上記のような固定子コイルでは、低抵抗絶
縁層４と離型性低抵抗絶縁層５とで、対地絶縁層３の回
りに表面コロナ防止層を構成している。離型性低抵抗絶
縁層５が樹脂に対して離型性を示すため、樹脂の含浸・
加熱変化や、運転の際の起動停止による温度変化によっ
て、コイル導体１等に伸縮が生じても、この伸縮は、離
型性低抵抗絶縁層５の外面における滑りによって吸収さ
れる。このようにして、固定子コイルと鉄心との間に作
用する熱応力を緩和でき、表面コロナの発生を抑制でき
る。

【０００６】また、特公平７−４４７９８号公報に記載
されたものを図７に示す。この固定子コイルでは、図に
示すように、導体装置１６は絶縁層１７に囲まれてお
り、表面コロナ防止層として絶縁層１７の外周に第１半
導体層１８／分離層１９／第２半導体層２０が設けられ
ている。この構成では、分離層１９が第１，第２半導体
層１８，２０の付着を低減するので、応力による亀裂が
分離層１９で発生し、絶縁層１７では発生しない。この
ようにして、コロナ放電を防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の回
転電機の固定子コイルでは、表面コロナ防止層として対
地絶縁層３の最外周面に離型性低抵抗絶縁層５を巻回し
ている。この離型性低抵抗絶縁層５は薄いフィルム材で
構成されており、強度が低い。このため、製造時に固定
子コイルを鉄心スロットに挿入する際や、運転中にコイ
ルが伸縮する際に、離型性低抵抗絶縁層５が鉄心６の凹
凸に引っかかって離型性低抵抗絶縁層５が裂けてしま
い、亀裂の発生部位をコントロールする機能を損ねてし
まう場合がある。この離型性低抵抗絶縁層５の強度の調
整は材質や形状を考慮すると困難であり、離型性低抵抗
絶縁層５が裂けて付着部位が少なくなると、確実な離型
性を発揮しにくいという問題点があった。また、３層設
けたものは、第１半導体層１８と分離層１９で剥離が発
生するか、分離層１９と第２半導体層２０で剥離が発生
するかを特定できず、剥離部分のコントロールが困難で
あった。さらに、厚さをできるだけ薄く構成するという
要求にも反するものであった。

【０００８】この発明は、上記のような従来の課題を解
決するためになされたもので、表面コロナ防止層として
できるだけ薄くしつつ、離型性半導電層の損傷を防ぎ、
表面コロナ防止層と鉄心スロットとの間の滑りを良くす
るように構成し、表面コロナ放電の発生をより確実に防
止するとともに、特定の層間で剥離を発生させ、対地絶
縁層内の剥離や亀裂の発生によるコロナ放電劣化を防止
し、長期的に優れた特性を有する回転電機の固定子コイ
ルを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る回転電機の固定子コイルは、鉄心スロットに配置され
た導体と、導体の周囲に設けられた対地主絶縁層と、対
地主絶縁層の周囲に設けられた表面コロナ防止層とから
なり、これら全体を固着する熱硬化性樹脂を備えた回転
電機の固定子コイルにおいて、表面コロナ防止層は、対
地主絶縁層側に接着する面に表面処理部を有する離型性
半導電層と、離型性半導電層の外周に設けられた半導電
層とで構成されたことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明の第２の構成に係る回転電機
の固定子コイルは、第１の構成において、離型性半導電
層と半導電層は、それぞれテープを巻回して構成され、
半導電層は離型性半導電層の巻回方向とは逆方向に巻回
してなることを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明の第３の構成に係る回転電機
の固定子コイルは、第１の構成の鉄心スロットの両端部
の近傍において、表面コロナ防止層は、対地主絶縁層側
に接着する面に表面処理部を有する離型性半導電層と、
離型性半導電層の外周に設けられた離型性絶縁層と、離
型性絶縁層の外周に設けられた半導電層とで構成された
ことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の第４の構成に係る回転電機
の固定子コイルは、第３の構成の離型性半導電層と離型
性絶縁層は、それぞれテープを巻回して構成され、離型
性絶縁層は離型性半導電層の巻回方向とは逆方向に巻回
してなることを特徴とするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１による回転
電機の固定子コイルの一部を示す構成図である。図にお
いて、鉄心２１に形成されたスロット２２に絶縁された
導体からなる固定子コイル２３が収納される。固定子コ
イル２３は、コイル導体２４と、コイル導体２４の外側
に形成された対地主絶縁層２５とその外側に形成された
表面コロナ防止層２６からなる。表面コロナ防止層２６
は，例えばフッ素化合物を材料とするテープよりなる離
型性半導電層２７と、ガラステープまたはポリエステル
テープと導電粒子よりなる半導電層２８で構成されてい
る。ここで、鉄心２１と固定子コイル２３とが全含浸方
式により熱硬化性含浸樹脂で一体含浸され、対地主絶縁
層２５および表面コロナ防止層２６に耐電圧性能が付与
されるとともに、熱伝導性に優れた固定子コイルを備え
た回転電機の固定子が形成される。

【００１４】離型性半導電層２７は含浸される樹脂に対
して離型性を有するものであり、図２は、本実施の形態
に係わる離型性半導電層２７を示す斜視図である。この
離型性半導電層２７は、例えばカーボンなどの添加物に
より半導電性にしたポリテトラフルオロエチレンをテー
プ状にした半導電性材料２７ａで構成されている。さら
に、離型性半導電層２７と対地主絶縁層２５との接着性
の悪さを解消するため、半導電性材料２７ａの対地主絶
縁層２５側の表面をコロナ処理等で荒らすなどの表面処
理を施して接着処理面２７ｂを形成し、対地主絶縁層２
５との接着性を良くしている。この接着処理面２７ｂに
よって、対地主絶縁層２５と離型性半導電層２７が強固
に接着され、対地主絶縁層２５と表面コロナ防止層２６
との界面における剥離を防ぐ効果が得られる。

【００１５】また本実施の形態では、離型性半導電層２
７とその外周面に構成した半導電層２８を介して、樹脂
によって対地主絶縁層２５と鉄心２１とが固定されてい
る。このため、対地主絶縁層２５と鉄心２１との間に熱
応力が作用するような状態になっても、離型性半導電層
２７と半導電層２８の間、または離型性半導電層２７と
樹脂の間で摺動し、対地主絶縁層２５にかかる熱応力は
緩和される。従って、対地主絶縁層２５内部や対地主絶
縁層２５と離型性半導電層２７との間での剥離や亀裂が
発生せず、固定子コイル２３と鉄心２１が電気的に接続
されることによる表面コロナの発生は防止される。

【００１６】また、表面コロナ防止層２６を構成する半
導電層２８と離型性半導電層２７のうち、外側に半導電
層２８を形成することにより、半導電層２８が離型性半
導電層２７を保護するように作用する。即ち、半導電層
２８は離型性半導電層２７よりも強度が高い材料で構成
され、製造時に固定子コイル２３を鉄心スロット２２に
挿入する際や、運転中に固定子コイル２３が滑動する際
に、離型性半導電層２７が鉄心２１の凹凸に引っ掛かっ
て裂けてしまうことから保護する。このため、寿命が長
く信頼性の高い表面コロナ防止層２６が得られる。

【００１７】図３は本実施の形態に係わる固定子コイル
の表面コロナ防止層２６を示す縦断面図である。図に示
すように，対地主絶縁層２５の外側を覆う表面コロナ防
止層２６は、対地主絶縁層２５の表面上に形成された離
型性半導電層２７と、さらにその外側に形成された半導
電層２８で構成している。この表面コロナ防止層２６を
構成する離型性半導電層２７と半導電層２８とは，例え
ばともに厚さが数十μｍ程度のテープで形成されてお
り、半導電性テープ２８を離型性半導電性テープ２７の
巻回方向とは逆方向に巻回して構成している。即ち、離
型性半導電性テープ２７を対地主絶縁層２５の周りに右
回りに巻回したとすると、半導電性テープ２８は離型性
半導電性テープ２７の周りに左回りに巻回して構成す
る。

【００１８】このように，離型性半導電性テープ２７と
逆方向に半導電性テープ２８を巻回することにより、離
型性半導電性テープ２７と半導電性テープ２８との間の
テープ端を考えると、一周の間には、１ヶ所で交差する
ように重なるだけなので、テープ端同志の引っかかりを
少なくし、コイルの滑動が良好になる。このため、対地
主絶縁層２５と表面コロナ防止層２６との界面における
微小な亀裂や剥離が発生するのを防ぎ、コロナ放電の発
生も良好に防止できるので、固定子コイルの絶縁層の劣
化を防ぐことができる。

【００１９】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２による回転電機の固定子コイルに係わる表面コロナ防
止層部分を示す断面構成図である。本実施の形態による
固定子コイルの表面コロナ防止層部分では、スロット出
口近傍部３１、例えばスロット出口Ｂより１５０ｍｍ程
度の範囲における表面コロナ防止層２６の構成を、離型
性半導電層２７，離型性絶縁層２９，半導電層２８の３
層で構成し、スロット中央点Ａを含むスロット中央部３
０においては実施の形態１と同じく離型性半導電層２７
と半導電層２８の２層で構成している。

【００２０】図５は、スロット２２内の対地主絶縁層２
５に働く剪断応力の特性図である。図において、横軸は
中央点Ａからスロット出口Ｂまでのスロット内絶縁層の
位置を示し、縦軸は絶縁層に働く剪断応力を示してい
る。縦軸は、剪断応力のピークを示す値を１．０として
いる。図に示すように、コイル絶縁層に働く剪断応力
は，スロット２２内の中央点Ａからスロット出口近傍３
１に近づくにつれて大きくなり、スロット出口Ｂでは最
も大きな剪断応力が働く。

【００２１】このため、スロット出口Ｂからスロット中
央部３０よりへ、少なくとも剪断応力のピーク値の１／
２以上の剪断応力となる部分、この場合は少なくともス
ロット出口Ｂから２０ｍｍの部分を離型性半導電層２
７，離型性絶縁層２９，半導電層２８の３層で構成し、
離型性の良い構成にしている。この剪断応力が強くかか
る部分を離型性良くすることにより、離型性半導電層２
７と離型性絶縁層２９との界面、または離型性絶縁層２
９と半導電層２８との界面で容易に剥離し、ほとんど対
地主絶縁層２５に剪断応力がかからなくなり、スロット
中央部３０に比べ、コイルがスロット２２内でさらに良
好に滑動することができる。従って、絶縁層の劣化を効
果的に防止でき、固定子コイルの耐ヒートサイクル性を
向上させることができる。なお、本実施の形態では離型
性絶縁層２９が非導電性を示すことになるが、スロット
中央部３０でコイル絶縁層と鉄心スロットが電気的に接
続されているため、コロナ放電の発生も良好に防止する
ことができる。

【００２２】スロット出口近傍部３１における表面コロ
ナ防止層２６の構成として、対地主絶縁層２５の外側に
形成された離型性半導電層２７は、例えば対地主絶縁層
２５側の表面をコロナ処理等で荒して接着性を良くした
導電性フッ素化合物のシートが用いられ、その外側に形
成された離型性絶縁層２９は、例えば非導電性フッ素化
合物のテープが突き合わせで、かつ導電性フッ素化合物
テープ２７の巻回方向とは逆方向に巻回している。即
ち、離型性半導電性テープ２７を対地主絶縁層２５の周
りに右回りに巻回したとすると、離型性絶縁テープ２９
は離型性半導電性テープ２７の周りに左回りに巻回して
構成する。

【００２３】このように、逆方向に巻回することによ
り，離型性半導電層２７と離型性絶縁層２９との間のテ
ープ端を考えると、一周の間には、１ヶ所で交差するよ
うに重なるだけなので、テープ端同志の引っかかりを少
なくし、コイルの滑動が良好になる。このため、対地主
絶縁層２５内または対地主絶縁層２５と表面コロナ防止
層２６との界面における微小な亀裂や剥離が発生するの
を防ぎ、コロナ放電の発生も良好にできるので、固定子
コイルの絶縁層の劣化を防ぐことができる。

【００２４】

【発明の効果】上記のように、本発明の第１の構成によ
れば、鉄心スロットに配置された導体と、導体の周囲に
設けられた対地主絶縁層と、対地主絶縁層の周囲に設け
られた表面コロナ防止層とからなり、これら全体を固着
する熱硬化性樹脂を備えた回転電機の固定子コイルにお
いて、表面コロナ防止層は、対地主絶縁層側に接着する
面に表面処理部を有する離型性半導電層と、離型性半導
電層の外周に設けられた半導電層とで構成されたことを
特徴とすることにより、コイル絶縁層と鉄心が電気的に
接続されて表面コロナを発生するのを防止するともに、
対地主絶縁層と離型性半導電層が含浸樹脂により強固に
接着される一方で、離型性半導電層と半導電層との間が
容易に剥離し、対地主絶縁層内部や対地主絶縁層と離型
性半導電層との界面での剥離や亀裂によるコロナの発生
を防ぎ、コロナ放電による対地主絶縁層の劣化を有効に
防止することが可能になり、耐ヒートサイクル性に優れ
た回転電機の固定子コイルが得られる効果がある。

【００２５】また、本発明の第２の構成によれば、第１
の構成において、離型性半導電層と半導電層は、それぞ
れテープを巻回して構成され、半導電層は離型性半導電
層の巻回方向とは逆方向に巻回することにより、離型性
半導電層と半導電層の間で引っかかりを防ぎ、コイルが
良好に摺動できる回転電機の固定子コイルが得られる効
果がある。

【００２６】また、本発明の第３の構成によれば、第１
の構成の鉄心スロットの両端部の近傍において、表面コ
ロナ防止層は、対地主絶縁層側に接着する面に表面処理
部を有する離型性半導電層と、離型性半導電層の外周に
設けられた離型性絶縁層と、離型性絶縁層の外周に設け
られた半導電層とで構成することにより、コイル絶縁層
に働く剪断応力をほとんどなくすることができ、鉄心ス
ロット内でのコイルの滑動が良好な回転電機の固定子コ
イルが得られる効果がある。

【００２７】また、本発明の第４の構成によれば、第３
の構成の離型性半導電層と離型性絶縁層は、それぞれテ
ープを巻回して構成され、離型性絶縁層は離型性半導電
層の巻回方向とは逆方向に巻回することにより、離型性
半導電層と離型性絶縁層の間で引っかかりを防ぎ、コイ
ルが良好に摺動できる回転電機の固定子コイルが得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による回転電機の固定
子コイルの一部を示す構成図である。

【図２】 実施の形態１に係わる離型性半導電層を示す
斜視図である。

【図３】 実施の形態１に係わる固定子コイルの表面コ
ロナ防止層部分を示す縦断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態２による固定子コイルの
表面コロナ防止層部分を示す断面構成図である。

【図５】 実施の形態２に係わる鉄心スロット内の対地
主絶縁層に働く剪断応力を示す特性図である。

【図６】 従来の固定子コイルの一例を示す断面構成図
である。

【図７】 従来の固定子コイルの他の例を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

２１ 鉄心、２２ スロット、２３ 固定子コイル、２
４ 導体、２５ 対地主絶縁層、２６ 表面コロナ防止
層、２７ 離型性半導電層、２８ 半導電層、２９ 離
型性絶縁層、３０ スロット中央部、３１ スロット出
口近傍部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 志郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心スロットに配置された導体と、該導
   体の周囲に設けられた対地主絶縁層と、該対地主絶縁層
   の周囲に設けられた表面コロナ防止層とからなり、これ
   ら全体を固着する熱硬化性樹脂を備えた回転電機の固定
   子コイルにおいて、前記表面コロナ防止層は、前記対地
   主絶縁層側に接着する面に表面処理部を有する離型性半
   導電層と、該離型性半導電層の外周に設けられた半導電
   層とで構成されたことを特徴とする回転電機の固定子コ
   イル。
2. 【請求項２】 前記離型性半導電層と前記半導電層は、
   それぞれテープを巻回して構成され、前記半導電層は前
   記離型性半導電層の巻回方向とは逆方向に巻回してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子コイ
   ル。
3. 【請求項３】 前記鉄心スロットの両端部の近傍におい
   て、前記表面コロナ防止層は、前記対地主絶縁層側に接
   着する面に表面処理部を有する離型性半導電層と、該離
   型性半導電層の外周に設けられた離型性絶縁層と、該離
   型性絶縁層の外周に設けられた半導電層とで構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子コイ
   ル。
4. 【請求項４】 前記離型性半導電層と前記離型性絶縁層
   は、それぞれテープを巻回して構成され、前記離型性絶
   縁層は前記離型性半導電層の巻回方向とは逆方向に巻回
   してなることを特徴とする請求項３記載の回転電機の固
   定子コイル。