JPS605747A - 絶縁コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、主に回転電機に用いられる絶縁コイルに関す
る。

〔発明の技術的背原とその問題点〕

絶縁コイルの例として回転電機コイル全円いて説明する
。

回転電機ステータ用のヤルチターンコイルの鉄心スロッ
ト内に挿入される部分の代表的な一断面図を第１図に示
す。素線導体（１）と被覆絶縁（２）とからなる。素線
（３）を複数本（第１図では４本）まとめて１ターンと
する。各ターンをターン絶縁（４）で絶縁し、所足ター
ン数積み重ねた後、主絶縁（５）を施し、更にその外周
に低抵抗の塗料の塗布または低抵抗テープまたはシート
の巻回によるコロナ防止層（６）を施す。ただし、ター
ン電、圧の低い場合は、ターン絶縁を施さないことがあ
る。コロナ防止層（６）ハ、鉄心スロット壁に接するた
め、鉄心と同電位、即ち大地電位になる。第１図におい
て、第２ターン目以後は、■ターン内の素線部分を簡略
化しである。第２図以後も同様な方法で描く。このよう
なコイルの絶縁破壊試験または課電寿命試験を行うと、
はとんど端ターンの導体角部、すなわち第１図のＰ部が
破壊の起点となる。導体角部付近の電界を、第２図に示
す同心円筒モデルを用いて計ａ゛する。素線導体（１）
の角部の曲率半径ｋｒ＋とし、０［相］は、素線絶縁（
２）とターン絶縁（４）を含んだ絶縁をあられす。印加
電圧をｖ、絶縁厚さをｄとし、絶縁部と（５）の誘電率
は等しいとした場合、素線導体（１）の表面から距離Ｘ
の点Ｐの電界Ｅ　（ｘ）は次式で表される、 ■ ｒ１割、６＋ｍ　、　ｄ−２ｍ　、　Ｖ　＝　１０　ｋ
Ｖ　（Ｄ場合の電界の計算値を第３図に示す。電界はｘ
　＝　０で最大値（１１，３７ｋＶ／ｍＩ＋）　、　Ｘ
　＝　２で最小値（２，６２ｋＶＡｍ）　’ｊｒとり、
素線導体近傍に電界が集中していることがわかる。

したがって従来の回転機コイルでは素線導体近傍に電界
が集中し、そこから絶縁破壊が発生するので、破壊電圧
を向上させ、あるいは課電寿命を長くすることがむずか
しかった。

〔発明の目的〕

本発明は、素線導体近傍の電界が低く、シたがって絶縁
破壊電圧が高く、課電寿命の長い絶縁コイルを提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明の絶縁コイルにおい
ては、コイル直線部の上下端のターンの素線束上あるい
はターン絶縁上に半導電性のｊψを設ける。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について、第４図を用いて説明
する。第４図はコイル直線部の一断面図である。導体（
１）とその絶縁００（ターン絶縁のあるがＩＯΩ〜ｌＯ
Ω　の半導電層ａ４）を設ける。

半導電層ｕ４）としてはポリエステル、ポリイミド等の
高分子フィルム、ポリエステル、ポリアミド等の不織布
、ガラスクロスなどに、カーボンを充てんしたレジンを
含浸または塗布した材料あるいは、高分子の繊維とカー
ボン繊維を混抄し、た材料■ （たとえば、日本アロマ社製Ａカーボン　）などが使用
できる。中間のターンには、半導電層Ｉは設けない。半
導電層１１４）は鉄心スロットに入る部分と鉄心端部か
ら５閣〜３０ｍまで出た範囲に施す。

この後、絶縁テープの重巻きまたは絶縁シートの平巻き
によりコイル全周にわたり主絶縁（５）全形成する。次
にその外層のコイル直線部にコロナ防止層（６）を形成
する。この後、絶縁の種類により、含浸、硬化処理ある
いは加熱モールド処理を施す。

半導電層０１１）の表面抵抗率は、半導電層Ｃ１（ｌの
全周にわたって同一電位と見なすことができるように１
０　Ω以下で、かつもれ磁束による渦電流損を無視でき
るように１００以上とする。半導電層−の表面抵抗率が
％ｌＯΩ以上になると半導電層Ｉと導体（１）との間の
商用周波におけるインピーダンスに近づき半導電層０４
）の周方向に電位が変化し、そのため損失が生し好捷し
くない。この半導電層（ロ）の電位は、半導電層（１４
）と導体（１）との間の静電容量Ｃ３−８と半導電層Ｉ
とスロット壁と同電位となるコロナ防止層（６）との間
の静電容量Ｃ３−Ｇ　の比で決まる。

これらの静電容量全決定するための等価回路を第５図及
び第６図に示す。導体（１）の電位’６ｖとすると導体
＋１＋と半導電層Ｉの間の電圧Ｖ。−８及び半導電層Ｉ
とコロナ防止層（６）の間の電圧ｖＳ−Ｇは次のように
表される。ただし、端ターンと隣接ターンの導体の電位
差はわずかであるので、ここでは同電位であるとして計
算する。

■ Ｃ−８Ｌ十ｃｃ−８／Ｃ８゜ ｖｓ−ｃ　””　ＶＣ−８ ここで　Ｃ６−８−３ＣＩ＋　２Ｃ＊＋４ＣｓＣ８−Ｇ
　＃Ｃ４＋２Ｃ５＋２Ｃ６ Ｃｃ−ｓは端ターンの全周の外に次のターンの導体と半
導電層０４）との静電容量が加わるのに対し、Ｃ８−１
；は半導電層αをかコロナ防止層（６）に面する３面だ
けから構成されるので、絶縁厚さの違い以上にＣ６−８
がＣ３−Ｇ　に比べ大きくなる。したがって導体（１）
と半導電層Ｉとの間の電圧Ｖ。−８は非常に小さな値と
なり、半導電層［１４）のない場合に電界が最大となっ
た導体（１）の角部直上の電界が著しく低下する。

この場合、導体角部直上に代って半導′４Ｌ層ｏ４）の
Ｒ部の外表面（凸側の表面）に最大電界が生じる。

しかし、その部分の曲率半径は導体角部に比べて太きい
ため、電界の集中が緩和され、それほど大きな値とはな
らない。導体角部付近を第７図のように同心円筒でモデ
ル化し、導体（１）の表面から、距離Ｘの点の電界を計
算でめた結果を第８図に実線ａで示す。第８図の計算条
件は次のようである：ｌターンの導体の幅ｙ＝ｌＱ岨、
１ターンの導体の厚さｔ−１０咽、　ｄ４−Ｑ、３＋ｏ
＋　、半導′電層の厚さｄ２＝０．０５咽、主絶縁の厚
さｄｓ−１，６５＋ｓ　、導体表面からコロナ防止層の
内側までの距離ｄ＝２．ｏｎｍ、印加電圧Ｖ＝ｌＯｋＶ
０比較のため転極形状及び寸法は同じであるが半導電層
α４）を除いた場合の電界分布を第８図に破線すで示す
。半導電層のない場合の最大電界が１１．３７　ｋ　Ｖ
／　ｎａｎであるのに対し、本発明の半導電層を導入し
た場合の最大電界は９．４６ｋＶ／ｍ＋ｎとなり１６．
８％だけ最大電界を低減することができる。

次に主絶縁の厚さ全低減したコイルの電、界分布を検討
する。第５図及び第７図と同じ構成で、Ｗ＝１０＋岡、
　ｔ＝ｌ　０ｒａｎ　、　ｒｌ＝　０．６ｍ　、　ｄｌ
＝０．３ｍ＋ｎ　、　ｄ２＝０．０５順とし、かつ最大
電界が上述の半導電層のない場合の最大電界１１．３７
１ｃＶ／＋ｎｍの９５係即ち１０．８　］ｃＶ／　ｎｕ
ｎとなるような主絶縁の厚さｄｓ（＝　ｄ　ｄ＋　ｄｚ
）を計算でめるとｄｓ”’１．３朋（ｄ＝１．６５調）
となる。この場合の電界分布を第９図のａに示す。同図
中の破線Ｃは第８図の破線すと同じく半導電層がなく絶
縁厚さｄが２閣の場合の電界分布である。また同様にし
てａ、＝ｏ、４ｓＭとした場合の最大電界が１０．８１
ｃＶ　７ｍｍとなる主絶縁の厚さ請求めると、ｄｓ−１
，０７側（ｄ＝１．５７叫）となる。この場合の電界分
布を第９図のｂに示す。上記の実施例では本発明の半導
電層を導入し、導体と半導電層の間の絶縁距離ｄ、全０
．３ｍｍとした時には、半導電層を含む絶縁厚さｄ’に
１７．５係、またｄ、全０．４５＋ｍ＋＋とじた時には
ｄ　＝ｉ　２１．５％だけ減らしてしかもその最大電界
を従来の構成のコイルの値より５チだけ低い値に保つこ
とができる。

次に、半導電性の材料を絶縁層内に巻き込んだ場合、そ
の端部で電界が異常に集中しないか検討する。本発明の
コイルの鉄心端部付近の縦方向断面図を第１０図に示す
。コイルが鉄心０ηのスロットに挿入されていて、コロ
ナ防止層（６）は鉄心の端部より外に２０咽はど出し、
その端部に一部重ねてコイルの沿面の電界緩和層σψを
設ける。（１）は導体。

（Ｉｆ）は素線絶縁またはターン絶縁のある場合にはタ
ーン絶縁をも含む絶縁、（５）は主絶縁である。半導電
層α荀はコロナ防止層（６）より長く設ける。本発明の
構成にすれば、第９図かられかるように半導電層Ｉより
内側の電界は非常に低く抑えられており、半導電層Ｑ４
）の端部Ａで電界が集中するといえども導体側に向って
は、それほど高くならない。また半導電層Ｉの端部Ａの
位置に対応するコイル表面Ｂには、電界緩和層ｕｅがあ
り、この電界緩和層の効果によりＡ−Ｂ間の電圧は、鉄
心内の部分に比べ何十パーセントか小さくなり、半導電
層α荀の端部Ａからコイル表面層に向かう電界も十分緩
和される。コイル表面の電界緩和層（Ｉ［９のない低電
圧機種の場合には、コイル表面電位は、コロナ防止層（
６）端部Ｃ（コロナ防止層もない場合には鉄心端部）を
出ると急速に導体電位に近づくので半導電層（Ｉ４）端
部から外面に向かう電界は、電界緩和層のある場合より
なお一層緩和される。

マタ、コイルにサージ電圧が加わり、ターン間に電圧が
発生した場合にも、半導電層０４）が土工に分離されて
いるため、半導電層間でフラッジオーバすることなく、
コイルのサージｉｔ　Ｍ　’ｆｒ低下することはない。

なお図４における半導電層は端ターンの全周を包み込ん
でいるが、第１１図、第１２図のように一部接続しない
部分りがあっても問題はない。とくに第１２図のように
隣接ターン側に半導電層の切れ目りがきた場合にはＣ８
，、は変らないが、ＣＣ−８が小さくなって、導体（１
）と半導電層Ｉの間の電界を若干高め、逆に最大電界を
生じる半２ｊ１電ｋｊ　Ｌ＋４）の外表面の電界全低減
することという効果が生−まれる。

また端の１ターンだけでなく、端ターンを含めて２ター
ン又は３ターンを一括して半導電層をその外周に設けて
も、上述の場合と同様に最大電界を低減することができ
る。端の２ターンずつｋ　一括して半導電層（ロ）で包
み込んだコイルの一断面を第１３図に示す。同図の符号
は、第４図と同じである。ただし、コイルのターン構成
が同じである場合には一括して包み込むターン数が多く
なるほど、コイルに急峻なサージが侵入した場合ターン
の導体（１）と半導′ら層ｕ４）間の電圧が高くなり、
そのために絶縁０〔が絶縁破壊する可能性も考えられる
。

したがって、第１３図のような構成全採用する場合には
、回転機が接続される系統において発生するであろうサ
ージの種類、大きさ、頻度を予め調査、検討する必要が
ある。

また半導電層Ｑ４）で包み込むターン数をコイル断面の
上側と下側で変えても同様な効果が得られることは言う
までもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、絶縁破壊の起点と
なる導体角部の電界全緩和することができるので、従来
コイルよりトリーの発生を抑え課電寿命を著しく長くす
ることができる。１だ従来コイルと同程度の最大電界に
するならば、絶縁厚さｋ　２０％程度削減することがで
き、鉄心スロット内の占積率の向上と熱伝達率向上によ
る定格電流増大により機器の小形化に大きく貢献するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転機の絶縁コイルの直線部の断面図、
第２図は第１図の導体角部付近の電界を計算するための
モデルを示す図面、第３図は従来コイルの導体角部側近
の電界分布を示す曲線図、第４図は本発明の一実施例の
絶縁コイル直線部の断面図、第５図は紀４図の導体角部
付近の電界を計算するための静電容量分布図、第６図は
第５図の等価回路、第７図は第４図の導体角部付近の電
界を計算するためのモデル図、第８図は第７図のモデル
を用いて計算した本発明のコイルの導体角部付近の電界
分布を従来コイルと比較して示す曲線図、第９図は第７
図のモデルを用いて計算した最大電界を従来コイルの９
５係となるように絶縁厚さを薄くした本発明のコイルの
導体角部付近の電界分布を示す曲線図、第１Ｏ図は本発
明のコイルの鉄心端付近の縦断１１図、第１１図、第１
２図および第１３図は本発明の他の実施例を示すコイル
の断面図である。 ■・・・素線導体　２・・・被＃′η絶縁３・・・累＆
！　４・・・ターン絶縁 ５・・・主絶縁　６・・・コロナ防止層ＩＯ・・素線の
禎覆絶縁とターン絶縁百−Ｇｂせた絶縁 １６・・・電界緩和層　１７・・・鉄心代理人　弁理士
　則　近　憲　佑（はが１名）第１図 第２図 第３図 距離２（ケーラ 第４図 第５図 第６図 ＝ 第７図　。 第８図 導体乃・うの距鉦λ（祈−１） 第９図 溝イ本η・ら丙　距離ｌ（γｍ〕 第１０図 ／７ 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１）　電線ｗ　？Ｎ数回巻回してマルチターンとなし
   、最外側ターンのターン絶縁の表面に半導電層を設け、
   全てのターン全一括して包囲する対地絶縁金膜け、鉄心
   スロットに納めたことを特徴とする絶縁コイル。 （２）　半導′電層のコイルの長さ方向の終端は、対地
   絶縁の表面に施された電界緩和層の下に位置したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁コイル。