JP2001327108A - 回転電機の固定子コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】素線コイルに対地絶縁層を施した未含浸コイル
に、熱硬化性樹脂を含浸・硬化させて形成した回転電機
の固定子コイルおいて、コイル角部の絶縁厚さをコイル
腹部や頭部と同等にして絶縁耐力を向上させる。 【解決手段】素線コイル４に巻回した対地絶縁層５の角
部に、別の絶縁層６を付加的に配置する。この付加絶縁
層６は、例えば対地絶縁層５のテーピングの途中で、コ
イル角部４箇所にマイカコンパウンド材のような形が容
易に変形する絶縁材を挿入して構成する。これにより、
テーピング完了時にコイル腹部、頭部及び角部に絶縁厚
さの均一な対地絶縁層５を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、誘導電動機や発
電機などの回転電機固定子コイルの絶縁技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、上記固定子コイルの従来例を示
す断面図である。このような固定子コイルの絶縁方式に
は、素線導体１に素線絶縁２を施した素線３を整列さ
せ、これを高温加圧成形して素線コイル４を形成した
後、この素線コイル４の上にマイカテープなどを複数回
巻回して対地絶縁層５を施し、得られた未含浸コイルを
型にセットして含浸硬化するコイル単体含浸式の絶縁方
式がある。これは大型の回転電機に多く用いられてい
る。更に、使用する上記未含浸コイルの全てを鉄心スロ
ット内に挿入し、インターレヤー、楔などを設置した後
に鉄心とコイルとを一体で樹脂含浸し、硬化させる全含
浸方式がある。これは、小型から大型の回転電機まで幅
広く使用されている絶縁方式である。このような固定子
コイルは、絶縁性を高めるため、できるだけ絶縁体内部
に空隙を作らないようにする必要があるが、コイル単体
含浸式、全含浸方式ともに含浸技術の向上が進められて
おり、現在では対地絶縁層の含浸状態は良好で空隙はほ
ぼ充填されている。また、最近では工数低減のため素線
コイル４上に巻回するマイカテープなどは人による手巻
きテーピング作業から、機械で巻く機械テーピング作業
に移行し、生産性の向上が図られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の固定子
コイルは、図７に示すように、コイル角部Ａとコイル腹
部Ｂ及び頭部Ｃとで対地絶縁層５の絶縁厚さが異なり、
コイル角部Ａの絶縁厚さｔ_aはコイル腹部の絶縁厚さｔ_b
あるいはコイル頭部の絶縁厚さｔ_cよりも薄く仕上がっ
ている。これは、テーピング時にコイル角部Ａに巻く力
が集中し、角部Ａが薄く仕上がってしまう結果である。
コイル角部Ａに巻く力が集中しないようにするには、テ
ーピング時のテープの張力をコントロールすることが考
えられるが、機械テーピングでは、例えば１分間に200
回転の巻速度で巻かれるため、コイル角部Ａだけテープ
張力を弱めるとコイル腹部Ｂ及び頭部Ｃの張力もゆるむ
ためコントロールは困難である。ちなみに、巻初めから
テープ張力を弱くすると、特にコイル腹部Ｂがブカブカ
に巻かれ、巻太りによるシワの発生、寸法増の問題が起
こる。シワは致命的で、樹脂含浸・硬化した最終コイル
の絶縁特性に悪影響を及ぼす。

【０００４】コイル角部Ａの絶縁厚さが薄く仕上がる現
象は、手巻きテーピング作業の時から起こっていたが、
機械テーピングになってからより顕著に生じている。
これまでは、コイル角部Ａの絶縁厚さが薄く仕上がって
も、それほど問題になかった。しかし、最近では対地絶
縁厚さを薄くし、製品の体格縮小を進める傾向にあり、
全体として絶縁厚さが薄くなってきている。ところが、
絶縁厚さはコイル腹部Ｂで決定されるため、この絶縁厚
さが薄くなるとコイル角部Ａでは更に薄くなる。そうな
ると、元々コイルの電界が集中するコイル角部Ａの絶縁
耐力が低下し、コイル絶縁破壊に至るまでの時間が短く
なるという問題が生じる。そこで、この発明の課題は、
コイルの電界が集中するコイル角部の絶縁厚さをコイル
腹部や頭部とほぼ同じにし、製品の体格縮小を図った薄
い対地絶縁厚さでも長寿命の絶縁耐力が得られるように
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、素線導体に素線絶縁層を施した素線を
高温加圧成形して素線コイル形成し、次いでこの素線コ
イルに対地絶縁層を施して得られた未含浸コイルに、熱
硬化性樹脂を含浸・硬化させて形成した回転電機の固定
子コイルおいて、コイル角部に付加絶縁層を配置し、前
記コイル角部の前記対地絶縁層の絶縁厚さをコイル腹部
やコイル頭部と均等にするものとする(請求項１)。コイ
ル角部の絶縁厚さを増やすためには、対地絶縁層のテー
ピングだけで増やすことは困難であり、素線コイル角部
に別の絶縁層を付加的に設けるものである。

【０００６】付加絶縁層は対地絶縁層中に挿入して設け
ることができる（請求項２）。例えば、対地絶縁層のテ
ーピングの途中で、コイル角部４箇所にプリプレグ絶縁
材やマイカコンパウンド材のような形が容易に変形し、
硬化後に優れた絶縁特性を有する付加絶縁層を挿入す
る。これにより、テーピング完了時にコイル腹部、頭部
及び角部に絶縁厚さの均一な対地絶縁層を形成すること
ができる。その場合、付加絶縁層は対地絶縁層の最外層
の直下に、例えば最外層から１層下に挿入するのが望ま
しい（請求項３）。なぜならば、最外層ではコイル角部
の表面形状に凹凸ができやすく、最外層から１層下であ
れば、対地絶縁テープのテーピングによって表面が整え
られるからである。

【０００７】付加絶縁層は対地絶縁層の最内層(素線コ
イルの表面)に配置することもできるが、その場合には
電界が高いため、単純に素線コイルに載せただけでは、
素線コイルと付加絶縁層との界面で剥離が生じたり、部
分放電の発生により絶縁特性に悪い影響を及ぼしたりす
る。従って、素線コイルの表面に配置する場合は、素線
コイルを固める段階でその表層部と一体に形成するのが
よい（請求項４）。

【０００８】上記請求項４において、付加絶縁層を一体
形成する手段としては、加工した金型を用いて素線コイ
ルを加圧成形することで、素線コイル表層部に付加絶縁
層を同時成形し（請求項５）、次いで対地絶縁層をテー
ピングすることで、コイル腹部、頭部及び角部の絶縁厚
さが均一な対地絶縁層を形成することができる。テーピ
ング後のコイルは対地絶縁層の頭部と腹部とが膨れてい
るが、樹脂含浸前に金型や鉄心にセットされる際に膨れ
ている部分が押され、素線コイルの頭部と腹部の窪みに
入る。この後、樹脂含浸硬化が行われることで、優れた
特性の絶縁が形成される。

【０００９】上記請求項５において、金型を特殊加工す
るための加工費が高くなる場合には、まず大き目に素線
コイルを形成し、その後、この素線コイルの頭部と腹部
の肉の一部を削除して付加絶縁層を形成するという手段
があり（請求項６）、この手段によれば特殊加工した金
型を使用する場合に比べ製作費を低減することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５に基づいて、こ
の発明の実施の形態を説明する。なお、従来例と対応す
る部分には同一の符号を用いるものとする。まず、図１
は実施の形態１を示す固定子コイルの断面図、図２はそ
の角部Ａの拡大図である。図１において、素線コイル４
を従来と同様に形成した後、マイカテープなどの対地絶
縁テープ５ａ（図２）を巻回して対地絶縁層５を形成す
る。その際、最終層の対地絶縁テープ５ａをテーピング
する前に、コイル角部４箇所にエポキシ樹脂とマイカ箔
とからなるマイカコンパウンド材の付加絶縁層６を挿入
してから、最終テーピングを行って図示固定子コイルと
した。付加絶縁層６を構成するコンパウンド材は、素線
コイル頭部に転移させている素線周辺を埋めるために使
用する素線コイル頭部の詰め物材７と同じ材料である。
コイル角部Ａに配置する付加絶縁層６は、マイカコンパ
ウンド材の他に、例えば、はがしマイカプリプレグシー
ト、ガラス基材エポキシプリプレグシートなどでもよ
い。

【００１１】図２に示すように、付加絶縁層６を対地絶
縁層５の最外層５ａから一層下に配置する理由は、コイ
ル角部Ａの表面に凹凸を作らないためである。この固定
子コイルを用い、真空加圧含浸し硬化させることで、対
地絶縁層５には含浸樹脂が浸透し、硬化時に付加絶縁層
６と対地絶縁層５とを一体化させる。これにより、コイ
ルの電界が集中するコイル角部Ａの絶縁厚さｔ_aをコイ
ル腹部及び頭部の絶縁厚さｔ_b，ｔ_cとほぼ同じにし、製
品の体格縮小を目的とした薄い対地絶縁厚さでも、長寿
命の絶縁耐力を有する高圧回転電機固定子コイルを構成
することができる。

【００１２】図３は、第２の実施の形態を示す固定子コ
イルの断面図である。この実施の形態は、素線コイル４
の表層部に付加絶縁層６を一体形成したものである。素
線コイル４を高温加圧成形して固める際に、素線コイル
頭部詰め物材７と同じ材料を用い、ばち形に特殊加工し
た素線コイル固め金型を用いて、素線コイル固めを行う
ことで、素線コイル４の表層部に付加絶縁層６を一体形
成し、その上にテーピングすることで、コイル腹部、頭
部及び角部の絶縁厚さが均一な対地絶縁層５を形成し
た。テーピング後の固定子コイルは頭部及び腹部が図３
に２点鎖線で示したように膨れているが、樹脂含浸前に
金型にセットされる際に頭部及び腹部は押され、素線コ
イル４の頭部及び腹部の窪みに対地絶縁層５が入る。こ
の後、真空加圧含浸し硬化させることで、対地絶縁層５
には含浸樹脂が浸透し優れた特性の絶縁が形成される。

【００１３】図４及び図５は、第３の実施の形態を示す
素線コイルの断面図である。この実施の形態が第２の実
施の形態と異なる点は、素線コイル固めを行う金型は、
特殊加工品ではなく通常の平板金型を用いる点と、素線
コイル固め後のコイルを電動工具で加工する点である。
図４は素線コイル固め後の素線コイルを示し、図５は電
動工具で加工した後の素線コイルを示している。この実
施の形態の場合、図４に示すように、先ず、詰め物材７
と同じ材料を用いて大き目に素線コイル４を形成し、そ
の後、図５に示すように頭部４ａ及び腹部４ｂの肉の一
部を加工により削除して、付加絶縁層６を削り出しによ
り形成したもので、この方法で行うと、第２の実施の形
態のように金型を特殊加工する必要がないので製作費が
大幅に低減し、安価でかつ優れた絶縁性能のコイルを製
作することができる。

【００１４】図６は、上記実施の形態による固定子コイ
ルの残存破壊電圧特性を示す線図で、横軸は固定子コイ
ルに印加した電圧のサイクル数を示し、縦軸は残存破壊
電圧を示す。図６において、は実施の形態１による
値、は実施の形態２による値、は実施の形態３によ
る値、は従来品の値である。図６から分かるように、
従来品のはサイクル数が増加するにつれて残存破壊電
圧値が低下するが、この発明のによるはサイクル数が
増加しても残存破壊電圧の低下はみられず、また，
も特性低下が少ない。

【００１５】

【発明の効果】以上の通り、この発明は、電界が集中す
るコイル角部の絶縁厚さをコイル腹部及び頭部と同等に
し、製品の体格縮小を図った薄い対地絶縁厚さでも、長
寿命の絶縁耐力を有する高圧回転電機固定子コイルを製
作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示す固定子コイルの
断面図である。

【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。

【図３】この発明の実施の形態２を示す固定子コイルの
断面図である。

【図４】この発明の実施の形態３の固定子コイルにおけ
る素線コイルの成形後の状態を示す断面図である。

【図５】図４の素線コイルの加工後の状態を示す断面図
である。

【図６】この発明の実施の形態の固定子コイル及び従来
の固定子コイルの印加電圧のサイクル数に対する残存破
壊電圧の変化を比較して示す線図である。

【図７】従来の固定子コイルの断面図である。

【符号の説明】

１ 素線導体 ２ 素線絶縁 ３ 素線 ４ 素線コイル ５ 対地絶縁層 ６ 付加絶縁層 ７ 詰め物材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H604 AA01 BB01 BB03 BB09 BB10 CC01 CC05 CC14 DA06 DA07 DA08 DA15 DB02 PB03 PD03 5H615 AA01 BB01 BB02 PP01 PP12 QQ02 QQ06 QQ07 RR02 RR07 RR09 SS03 SS06 SS41 TT03 TT22 TT23 TT34

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素線導体に素線絶縁層を施した素線を高温
   加圧成形して素線コイル形成し、次いでこの素線コイル
   に対地絶縁層を施して得られた未含浸コイルに、熱硬化
   性樹脂を含浸・硬化させて形成した回転電機の固定子コ
   イルおいて、 コイル角部に付加絶縁層を配置し、前記コイル角部の前
   記対地絶縁層の絶縁厚さをコイル腹部やコイル頭部と同
   等にし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】前記付加絶縁層を前記対地絶縁層中に挿入
   し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。
3. 【請求項３】前記付加絶縁層を前記対地絶縁層の最外層
   の直下に挿入したことを特徴とする請求項２記載の回転
   電機の固定子コイル。
4. 【請求項４】前記付加絶縁層を前記素線コイルの表層部
   に一体形成し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。
5. 【請求項５】前記素線コイルの加圧成形時に、前記付加
   絶縁層を同時成形したことを特徴とする請求項４記載の
   回転電機の固定子コイル。
6. 【請求項６】前記素線コイルを大き目に形成し、この素
   線コイルの頭部と腹部の肉の一部を削除して前記付加絶
   縁層を形成したことを特徴とする請求項４記載の回転電
   機の固定子コイル。