JPS62193103A - 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】 【発明の属する技術分野】

本発明は素線導体に絶縁被覆を施した素線を所定の個数
集束し樹脂で固着させた素線コイルの外周面に所定の主
絶縁層を設けてなる絶縁コイルに関する。この種の絶縁
コイルにおいては、電圧が印加された場合の内部の電界
特に前記素線コイルの各角部付近の電界の巣中を緩和し
、前記絶縁層の絶縁特性の劣化を防止し得る如くにする
ことが肝要である。

【従来技術とその問題点】

−ｍに絶縁コイルにおける主絶縁層の電気的特性の優劣
は前記コイルに電圧が印加された場合のコイル各部の電
界により定まる。一方電気機器における絶縁コイルはそ
の形状によりその主絶縁層の各部分に負荷される電界強
度が異なるから、絶縁コイルとしては最大の電界強度の
生ずる個所を考慮して絶縁設計を行う必要がある。 通常回転電機の固定子に使用される絶縁コイルとしては
第３図に例示する如きものが知られている。即ち第３図
の絶縁コイル１５においては素線導体１１に絶縁被覆１
２を施してなる素線の外表面に樹脂を塗布するか、ある
いは前記素線を樹脂中に浸すかしたものを所定の個数集
束し、前記樹脂を加熱硬化させて固着させた素線コイル
１３の上に、はがしマイカあるいは集成マイカとガラス
の如き無機質あるいはポリエステル樹脂の如き有機高分
子質の織布、不織布あるいはフィルムとからなる絶縁シ
ートあるいは絶縁テープを巻回した所定の厚さを存する
主絶縁層１４が設けられている。この場合３ｋＶ以上の
高電圧が印加される高圧絶縁コイルにおいては、電界が
集中し部分放電が発生してコロナ劣化による損傷を生ず
る虞れのある主絶縁層１４の内部の空隙の生成を防止す
るために、主絶縁層１４を施したコイル１５をポリエス
テル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性合成樹脂を真空
含浸させた後加熱硬化させる所謂１″Ｌ空加圧含浸法に
よる処理を施すか、あるいは主絶縁層１４を形成するた
めに巻回する絶縁シートあるいは絶縁テープに所定量の
前記合成樹脂を予め塗布などしたものを素線コイル１３
に巻回し加圧加熱成形する所謂プリプレグ法による処理
を施すのが一般である。 前記の如くに構成された絶縁コイルにおいては絶縁設計
の当初において、主絶縁層１４の厚さ寸法から一義的に
決定される平均電界強度並びに平均絶縁耐力が規定値に
なることを目安としているが、第３図に例示する如き絶
ＩＪコイル１５においては、一般に素線コイル１３の角
部１６近傍における電界は前記平均電界強度よりかなり
高くなるから、主絶縁１１１４の設計を行うに際しては
特にこの点に留意する必要がある。 一般に第３図に例示する如き絶縁コイル１５においてそ
の素線コイル１３の角部１６における素線導体１１の電
界強度は、前記角部１６における素線導体１１の曲率半
径を内筒半径とし、前記曲率半径に素線絶縁１２の厚さ
と主絶縁層１４の厚さを加えたもの全外筒半径とする同
心円筒における内筒表面の電界強度によって表わすこと
ができる。したがって合印加電圧をＶ、素線導体１１の
角部の曲率半径を「。 素線絶縁１２と主絶縁層１４との誘電率が同一として素
線絶縁１２の厚さと主絶帽１４の厚さとを加えたものを
ｄとし、平均電界強度Ｅ０をＶ／ｄで表わすものとする
と前記素線導体１１の角部の電界強度Ｅ　Ｄは ｒｊｎ（）　　　　ｉｎ＜　　） ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆで表わされる
。 第４図は（１１式により素線４体１１の角部の曲率半径
ｒの前記全ｋｊＡ縁層の厚さｄに対する種々の割合につ
いてＥ、／Ｅ０の値を求めたもので、素線導体１１の角
部の電界強度Ｅ、は素線導体１１の前記角部における曲
率半径ｒが前記全絶縁層の厚さｄに比較して小さくなる
程平均電界強度に対する割合が大になることが判る。し
たがってこの種の絶縁コイル１５の主絶縁層１４におい
ては特に電界集中度の高い素線コイル１３の角部１６の
近傍が弱点となり、この部分に絶縁破壊が生じ易いこと
になる。 この種絶縁コイル１５における素線コイル１３（７）角
部１６の近傍における電界集中を緩和しＩｌ！ｉ緑破壊
を未然に防止する手段として、例えばＩＩ！ｔ！ｆ！　
ＴｒａｎｓＰＡＳ１０２（１９８３）の７４頁ないし８
２頁、及び同じくＰＡＳ１０３（１９８４）の３２１１
頁ないし３２１５頁に示されている如く、あるいは特許
出願公開昭６０−５７４７の明細書に開示されている如
く、素線コイル１３に半導電性のテープあるいはシート
を巻回して半導電層を形成する如くにしたものがある。 この種の手段は結果として素線コイル１３の角部１６に
おける素綿溝停止１のｉｌｌ　Ｉｌ［ｉ　０ｎ　手早（
仝ｒ力（Ｘ　Ｃ７，（４４Ｍ、＜　Ｕ）　ｔｅｌｓ　Ｔ
　Ｌおける電界強度Ｅ、の平均電界強度Ｅ０に対する割
合が小さくなることを利用して前記角部１６における電
界集中度の緩和を計る如くにするものである。 しかしこの種の絶縁コイルに使用される半導電性のシー
トあるいはテープはガラスの如き無ｍ’ｙｔの繊維から
なる織布あるいは有機高分子質の織布あるいはフィルム
などにカーボンの如き導電性物質が混交された樹脂を塗
布したもの、あるいは前記導電性物質の混交されたエチ
レンプロピレンゴムなどから作られるが、前者からなる
シートあるいはテープを素線コイル１３に巻回するもの
では主絶縁層１４を巻回形成する際に、前記導電性物質
が飛散して混入することにより主絶縁層１４に電気的弱
点が生ずるのを防止するための細心の注意が必要であり
、また後者からなるシートあるいはテープを使用するも
のでは素線コイル１３に巻回する際の巻き付は強度の相
違により巻回されたシートあるいはテープの特性値が変
化し易いという欠点がある。その上半導電性のシートあ
るいはテープを巻回した絶縁コイルでは、形成された半
ｉ　ｆｆ１層の端部における電界集中並びに渦電流…の
発生にもとづく局部的な異常加熱の虞れがあるため、素
線コイル１３の形状、印加される電圧値などにより当該
半導電層の抵抗値２巻回寸法、壱回方法などに用 ついて個々に規定する必要があろなどの傭雑な制約が伴
なう。 一方実用新案出願公開昭５５−９９０２２には高誘電率
を有するチタン酸バリウム粉末の混交された樹脂を当該
コイルの主絶縁層と該コイルが収納される鉄心との間に
充填し、前記鉄心と前記コイルとの間のｒ、％界を緩和
する如くにした絶縁コイルが開示されているが、この種
の処理は絶縁コイルの主絶縁層の電気的弱点の原因にな
る素線コイル１３の角部１６における電界集中の緩和を
計るものでないから、当面の課題である主絶縁層１４そ
のものの信鎖性の向上には効果を期待し難い上に、前記
充填用樹脂は混交されるチタン酸バリウム粉末の粒径が
大に過ぎると主絶縁層１４における絶縁破壊に関する特
性が変化する」−に、前記充填用樹脂は一般に粘度が高
く充填に際しての作業性が良くないという欠点も有して
いる。 更に主絶縁層１４における電界緩和を計る如（にした絶
縁コイル１５として主絶縁１１１４の内部の厚さ方向に
おいてそれぞれ異なった位置に金属箔からなるシートあ
るいはテープを挿入し、前記絶縁層内部に並列に配置さ
れた一連の容量を形成して電界を均等に分担させ電界集
中を緩和する如くにしたものがあるが、この種−色縁コ
イル１５においても前記の素線コイル１３の周囲に半導
１層が形成された絶縁コイルの場合と同様に、挿入され
た金属箔の端部における電界集中値びに渦電／Ｊ！Ｌ損
の発生にもとづく局部過熱により主！ｌ！を縁層１４の
損傷を招く戊れがあるから予め充分な絶縁設計を行った
上で適用することが必要で、かつ実施に際しては主絶縁
のための絶縁シートあるいはテープを所定回数巻回して
は金属箔を挿入するという手続きを丹念に反覆する必要
があるから、絶縁コイルの設計製作がはなはだ煩雑とな
るという欠点を免れない。

【発明の目的］ その素線コイルの角部における電界集中を緩和し、主絶
縁層における絶縁破壊を防止するための従来の方法によ
り製作された絶縁コイルが有する前記の如き欠点に鑑み
、本発明は簡単で作業性の良好な電界緩和手段を施すこ
とにより、その主絶縁層に負荷される電界強度が軽減さ
れる如くにした絶縁コイルを提供することを目的とする
。 【発明の要点】 前記の目的を達成するために本発明では首記の絶縁コイ
ルにおいて、前記素線を集束固着して素線コイルを形成
する樹脂が高誘電率を存する樹脂からなる如くにするこ
とにより、前記素線コイルの角部近傍における電界集中
の緩和を計るものである。

【発明の実施例】

次に図面に表わされた実施例にもとづいて本発明の詳細
な説明する。 第１図に例示する本発明の絶縁コイル５においては通常
のガラス布と集成マイカとからなる絶縁テープを巻回し
て０．３　ｍｍの素線絶縁２を施した断面寸法が２ｘｌ
Ｏｆｌの素線導体ｌを１０段積み重ね、先ず誘電率の高
い固着用樹脂、例えばビスフェノール形エポキシ樹脂Ｃ
Ｙ　２０５（ＣＩＢＡ社製）の１００重量部に芳香族ア
ミン硬化剤ＨＹ　９３２（ＣＩＢＡ社製）の３２重量部
を配合してなる合成樹脂に、酢酸エチル５０重量部を添
加して得られる樹脂溶液に粒径約０．０３−のチタン酸
バリウム　（帝国化工製）の１５重量部を混交し攪拌し
てなる樹脂を１００ｇ／ｍ”の割合でその外周面全体に
塗布した後常温で約３０分間乾燥し、更にネオフロンフ
ィルムシート　（ダイキン工業製）を−回巻回して面圧
約１５００ＫＰａ　、過熱温度１５０℃で３０分間硬化
させて素線コイル３を形成する。前記の如くに処理され
た素線コイル３においては素線導体１の絶縁被覆２に前
記固着用樹脂が均等に浸透して素線コイル絶縁Ｎ７の誘
電率はほぼ８になる。前記の如くにして形成された素線
コイル３に通常の絶縁技術によりガラス布と集成マイカ
とからなる絶縁テープを所要の回数巻回し、エポキシ樹
脂を真空加圧含浸させ加熱硬化させて主絶縁層４を形成
する。 前記の如くにして構成された第１図の本発明の絶縁コイ
ル５において素線コイル３の角部６における素線導体ｌ
の曲率半径をＲ１素締導体ｌの曲率半径の中心から前記
角部６の索線コイル３の絶縁層７の外表面までの距離を
Ｒ１、前記角部６の主絶縁層４の厚さをＤとし、素線絶
縁２を含む素線コイル３の絶縁Ｊ！１７の誘電率を６１
．主絶縁層４の誘電率を８□とすると、前記角部６にお
ける素線導体ｌの電界強度Ｅ□は ■ ｔ、　　　ＲＲ。 となる。また素線コイル３の固着用樹脂として前記の如
き高誘電率を有しない通常の樹脂を使用した場合の前記
角部６における素線導体ｌの電界強度をＥ工とすると、 ■ ＲｌｎＣ） であるから前記ＥＮＩとＥ、ｌとの比をとるとＲ１＋Ｄ Ｅｎ＋　　　　　　　　　　　　　　　　　ＲｃｌＲｇ
　ｔ　　　　　　Ｒ＋ となる。前記の如く素線コイル３の絶縁層７の誘電率８
．は主絶縁層４の誘電率ε２より高い値になる如くにし
であるから（４）式においてＲ１＞Ｒであることを考え
るとＥｓ＋／ＥＨ＜　１となり、本発明の絶縁コイル５
においては前記角部６における素Ｔ１１Ａ導体１の電界
強度、したがってまたその近傍における主絶縁層４の電
界強度が従来の絶縁コイルにおける場合より著しく低減
されることは明らかである。 前記の断面寸法２Ｘ１０ｆｉなる素線導体ｌからなる絶
縁コイル５において、素線導体ｌの角部６における曲率
半径Ｒを０．６鶴、素線コイル３の絶縁層７を０．３鶴
とすると、Ｒ８は０．９ｆｉとなる。金主絶縁層４の厚
さを６鶴としてその誘電率ε８を４とすると、素線コイ
ル絶縁Ｎ７の誘電率ε１は前記の如く８であるから、（
４）式のＥ１４１／ＥＭを求めるとその値は０．５５と
なり、本発明の絶縁コイル５の前記角部６における素線
導体ｌの電界強度は従来のこの種絶縁コイルの同じ個所
の電界強度のほぼ半分になる。これを素線導体１の前記
曲率半径Ｒをパラメタとする主絶縁５１４の厚さｄに対
する前記角部６における素線導体１の角部の電界強度と
平均電界強度の比を表わす第５図において見ると、結果
として主絶縁層４の厚さが６鶴の場合には索線導体ｌの
前記角部６における曲率半径０．６龍が見掛上２．０簡
になったのと同等で電界強度の緩和の著しいことが判る
。更にこれを絶縁コイル５の絶縁破壊電圧特性において
見ると、その相対値において第２図に示す如〈従来の絶
縁コイルに比較して約２０％の絶縁耐力の向上が得られ
る。 なお素線コイル３を固着する高誘電率樹脂を得るために
混交する粉末としてはチタン酸バリウムを例示したが、
チタン酸マグネシウム、チタン酸亜鉛などの無機物ある
いはテトラアキノジメタン（ＴＮＱＣ）　ｔＷ体、ポリ
ビニリデンクロライドわ）末もしくはペレットの如き有
機物も有効である。その際得られた高誘電率樹脂の絶縁
耐力を損なわない如くにするには混交される物質の粒子
が細い程都合が良い。 以上の説明においては主として回転電機の絶縁コイルを
扱って来たが、高電圧が負荷されるその他の電気機器で
ある静止器、電子機器並びにその基板などの絶縁につい
ても適用できることは論するまでもない。

【発明の効果】

本発明は以上に説明した如く、素線導体に絶縁被覆を施
した素線を所定の個数集束し樹脂で固着させた素線コイ
ルの外周面に所定の主絶縁層を設けてなる絶縁コイルに
おいて、前記素線を集束固着させて素線コイルを形成す
る樹脂が高誘電率を有する樹脂からなる如くにすること
により、本発明の絶縁コイルは前記素線コイルに半導電
性のテープあるいはシートを巻回し、あるいは主絶縁層
の内部に金属箔またはそのテープを挿入して電界の緩和
を行い、その絶縁特性の劣化を防止する如くにした従来
の絶縁コイルに比較して、その構成が極めて簡単である
にもかかわらず所期の目的を達成することができるとと
もに、その電界援用のための処理を通常の１４縁コイル
の製作の工１？内において行うことができ、作業上に特
別に厄介な制約も伴わない上に、製作された絶縁コイル
の絶縁層ｒ１１をほとんど増大させることがないから適
用電気ｎ器の小形軽量化にも寄与するなど技術的経済的
に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関わる絶縁コイルの実施例を部分的に
示す機略横断面図を、第２図は電界緩和処理を施した本
発明の絶縁コイルと同様の従来の絶縁コイルとにおける
絶縁破壊電圧値に関する相対的な比較を示す棒グラフを
、第３図は絶縁コイル−船の構成を示す縦断面図を、第
４図は素線コイルの角部における素線導体の角部の曲率
半径と主絶縁層の厚さとの比に対する前記素線導体角部
の電界強度と素線コイルの平均電界強度との比を示す曲
線を、第５図は素線導体の角部の曲率半径をパラメタと
して主絶縁Ｕの厚さに対する前記素線導体の角部の電界
強度と素線コイルの平均電界強度の比を示す曲線を表わ
す。 １：素線導体、２：素線導体の絶縁被覆、３：素線コイ
ル、４：絶縁コイルの主絶縁層、５：絶縁コイル、７：
素線コイルの絶縁層。 第１図 綻来／ｌ、発Ｂｇ ｋＩ東ココイ ル２図 第３図　　　　　第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）素線導体に絶縁被覆を施した素線を所定の個数集束
   し樹脂で固着させた素線コイルの外周面に所定の主絶縁
   層を設けてなる絶縁コイルにおいて、前記素線を集束固
   着させて素線コイルを形成する樹脂が高誘電率を有する
   樹脂からなることを特徴とする絶縁コイル。