JP2003032937A - 回転機および回転機用回転体への金属焼嵌め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼嵌め温度が３００℃以上の高温になって
も、有機絶縁体の層間剥離の発生を抑制し、金属リング
焼嵌め時の作業性が容易な回転機および回転機用回転体
への金属焼嵌め方法を提供すること。 【解決手段】 回転子に設けられたコイルエンド部の外
周面に有機物のＦＲＰ製絶縁円筒１０を設け、この絶縁
円筒１０の外周面に低熱伝導筒体を設ける。この低熱伝
導筒体は、膜厚１２５μｍのＰＩフィルム１１が室温硬
化タイプのシリコーン接着剤により貼着された層であ
る。この低熱伝導筒体に金属リング１２を焼嵌めしてロ
ータのコイルエンド部を形成した発電機である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属リングの焼嵌
め時に発生するプラスチックなど有機絶縁体のクラック
を防止した回転機および回転機用回転体への金属焼嵌め
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電機たとえばタービン発電機は円筒状
固定子内に同軸的にタービンの回転軸に連係された回転
子（ロータ）が設けられた構成である。このロータは、
２極機の場合通常１分間に３０００ないし３６００回転
で運転され、また、４極機では１５００ないし１８００
回転で運転される。したがって、ロータを構成する回転
子鉄心や回転子コイルの円周部は、強大な遠心力を受け
るので回転子コイルを始めとした部品類の強度に応じた
固定法が採用されている。

【０００３】このロータの回転子鉄心は、ロータ自身に
安定して固定されているが、回転子コイルの特にコイル
エンド部分は、高速回転に伴う遠心力で変形しないよう
に強固に取り付けられた構成になっている。ロータの構
成は、周知であり、図４および図５に示す通りである。
図４はロータ２１内に収納されるコイルの配置を示す図
であり、図５は図４のコイルエンド部分の遠心力対策し
た構造を説明するための図である。

【０００４】図４のロータ２１は、回転子コイル２２が
収納されるスロット２３の配置状態を示すもので、コイ
ル直線部２４とコイルエンド部２５とからなる。このコ
イル直線部２４はロータ２１内に多数の回転子コイルの
縦続接続回路が設けられている。コイルエンド部２５は
図５に示すように回転子コイル２２の縦続接続回路がロ
ータ２１の外周面から露出し高速回転により変形しない
ようにロータ２１に固定されている。

【０００５】この固定構造は露出する各回転子コイル２
２が飛出ないようにプラスチック製絶縁円筒２６が嵌合
されている。この絶縁円筒２６の一部を囲繞して短絡リ
ング２７が嵌合されている。これらの短絡リング２７お
よび絶縁円筒２６をロータ２１に強固に固定するために
エンドリングとして金属リング２８が焼嵌めされてい
る。

【０００６】さらに詳言すると、ロータ２１に形成され
たスロット２３内には、スロットアーマにより絶縁し
て、回転子コイル２２が挿入される。スロット２３内に
挿入された回転子コイル２２は、コイル直線部２４でス
ロットアーマと楔により鉄心に強固に固定される。

【０００７】コイルエンド部５は回転子コイル２２間に
絶縁ブロックなどを挿入して、夫々をしっかりとロータ
２１に固定されている。この固定子コイル２２列の外周
側は、金属リング２８を焼嵌めすることにより回転子コ
イル２２をロータ２１に強固に固定されている。スロッ
ト２３から露出するコイルエンド部２５の回転子コイル
２２の縦続接続回路は、所定の電気的接続と電気的絶縁
手段が行われ、必要に応じてリード線により外部に導出
される。

【０００８】コイルエンド部２５の外周には、絶縁と回
転子コイル２２を遠心力から固定し保護のためにプラス
チック製絶縁円筒２６が設けられる。絶縁円筒２６の一
部の外周にはロータ２１の表面電流を流すための短絡リ
ング２７が設けられる。絶縁円筒２６、短絡リング２７
の外周には、金属リング２８が焼嵌めされる。この金属
リング２８の焼嵌めは、ロータ２１が高速回転すること
により発生する強大な遠心力から回転子コイル２２が変
形するのを保護するための重要な固定手段である。

【０００９】金属リング２８の焼嵌めは、金属リング２
８の口径を絶縁円筒２６の外径より小さく形成し、加熱
して熱膨張させることにより、絶縁円筒２６に嵌め込
み、その後冷却することにより熱収縮させて強固な嵌合
を完成させる手段である。この金属リング２８の締め付
け力は、絶縁円筒２６の外径よりどの程度小さく設計す
るかの寸法差で決まる。これらの金属リング２８焼嵌め
温度は、通常２００〜３００℃でありガスバーナにより
加熱されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タービ
ン発電機が大型化し、ロータ２１の回転速度が高速化さ
れると、この高速回転に絶え得る高い締め付け力の金属
リング２８の焼嵌めが要求される。この高い締め付け力
の焼嵌めは、寸法差を大きくとるため更に３５０℃以上
の高温度が必要になる。このため通常ガラス繊維強化エ
ポキシ積層板（以下ＦＲＰと略す）で構成されている絶
縁円筒２６は、金属リング２８の焼嵌め時の温度でヒー
トショック（熱衝撃）を受け、層間剥離（クラック）が
発生して絶縁円筒２６の機械的な強さが大幅に低下する
現象が生じる。この結果絶縁円筒２６は、電気回路の絶
縁効果が無くなり、高電圧発生時絶縁破壊を起こす。

【００１１】この回転子コイル２２と金属リング２８に
挟まれた絶縁円筒２６には、遠心力、電磁力、運転によ
る熱伸びの差などのストレスが加わるので、層間剥離が
あると、さらに進展して大幅な強度低下をきたして回転
子の信頼性を損なう恐れがある。また、この信頼性の低
下を回避する手段としては、金属リング２８の焼嵌め時
の温度を極力小さくする必要があり、金属リング８挿入
時の絶縁円筒２６とのギャップが小さくなり作業性が良
くない。

【００１２】このように高温度の焼嵌めは、ＦＲＰ製絶
縁円筒２６の層間にクラックが生じて機械的強さを低下
させ、信頼性が低下することが課題であった。また、上
記のＦＲＰ絶縁円筒２６の保護の為には、エンドリング
挿入時のギャップを小さくする必要があり、作業性が良
くないことが課題であった。

【００１３】焼嵌めで無機のセラミック製絶縁内筒にク
ラックが発生することは特開平６−４８８５４号公報に
記載されている。しかしこの文献に記載された技術は、
焼嵌め後の冷却工程において外筒と内筒との熱膨張の相
違により軸方向の伸び差が生じ、接触面に引張り応力が
発生して、クラックが発生することが記載されたもので
ある。即ち、上記文献には、この応力歪みによるクラッ
クの発生を回避するための手段が記載されたものであ
る。この応力歪みの回避手段は、外筒と内筒との接触面
に潤滑材の粉末を噴霧して応力歪みを吸収する技術であ
る。したがって、この文献に記載された技術は課題、対
象技術を異にするもので、焼嵌め温度の高温度化による
絶縁筒のクラックを解決するものではない。

【００１４】本発明はかかる従来の事情に対処してなさ
れたものであり、プラスチック製絶縁筒への焼嵌め温度
による絶縁筒の層間剥離の発生を抑制し、また金属リン
グ焼嵌め時の作業性を容易にする回転機および回転機用
回転体への金属焼嵌め方法を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により回転機および回転機
用回転体への金属焼嵌め方法を提供するものである。

【００１６】請求項１記載の回転機は、回転体内に設け
られた回転子コイルと、この回転子コイルが露出する前
記回転体の外周面に被覆されたプラスチック製の絶縁筒
と、この絶縁筒の表面に設けられた耐熱緩衝層と、この
耐熱緩衝層上に焼嵌めされた金属リングとを具備してな
ることを特徴とする。

【００１７】請求項２記載の回転機は、回転体内に設け
られた回転子コイルと、この回転子コイルに励磁電流を
供給するバイアス回路が導出される前記回転体の外周面
に被覆されたプラスチック製の絶縁筒と、この絶縁筒の
表面に設けられた耐熱緩衝層と、この耐熱緩衝層上に焼
嵌めされた金属リングとを具備してなることを特徴とす
る。

【００１８】請求項１、２によれば、絶縁筒と焼嵌めさ
れる金属リングとの間に耐熱緩衝層が介在されているの
で、絶縁筒に高温に暖められた金属リングが直接接触す
るのを防ぎ、かつ熱伝導率が低いので絶縁筒への熱の伝
わりが緩衝され、絶縁筒内の温度傾斜が緩和される。そ
の影響で絶縁筒内部の温度分布による膨張差が少なくな
るので絶縁筒の層間で生じる剥離の発生を大幅に抑制で
きる。このため絶縁筒の機械的強さの低下を抑制でき
る。さらに、電気回路を良好に絶縁保護することができ
る。

【００１９】請求項３記載の回転機は請求項１又は２記
載の回転機において、前記耐熱緩衝層は耐熱性のフィル
ム、クロス、不織布のうち少なくとも一つの材料である
ことを特徴とする。

【００２０】請求項３によれば、絶縁筒と焼嵌めされる
金属リングとの間に耐熱性のフィルムまたはクロス、不
織布が介在されるので、絶縁筒に高温に暖められた金属
リングが直接接触するのを防ぎ、かつ熱伝導率が低いの
で絶縁筒への熱の伝わりが大幅に緩衝され、絶縁筒内の
温度傾斜が緩和される。その影響で内部の温度分布によ
る膨張差が少なくなるので絶縁筒の層間で生じる剥離の
発生を大幅に抑制できる。このため絶縁筒の機械的強さ
の低下を抑制できる。

【００２１】請求項４記載の回転機は請求項１、２又は
３記載の回転機において、前記耐熱緩衝層は前記絶縁筒
の表面に接着剤により接着されたものであることを特徴
とする。

【００２２】請求項５記載の回転機は請求項４記載の回
転機において、前記絶縁筒および前記耐熱緩衝層とを接
着する接着剤は、シリコーン系、エポキシ系、ポリアミ
ド系融着フィルム、エチレン系アイオノマーフィルムの
少なくとも一種であることを特徴とする。

【００２３】請求項４、５によれば、絶縁筒上に低熱伝
導体で接着するので、金属リングが焼嵌めされたときこ
の焼嵌めの高温度を瞬時に絶縁筒が受けず、漸次温度上
昇し、緩和されるのでクラックの発生を抑制できる。特
にシリコーン系、エポキシ系は、耐熱性がよく、強力な
接着力を有する。

【００２４】請求項６記載の回転機は請求項３記載の回
転機において、前記耐熱性のフィルム、クロス、不織布
の材質はポリイミド系、ガラスクロス、ポリアミド系で
あることを特徴とする。

【００２５】請求項６によれば、特にクロスや不織布は
内部に空気層を有するため断熱効果が大きく絶縁筒を効
率的に保護することができる。

【００２６】請求項７記載の回転機は請求項１記載の回
転機において、前記回転体は発電機のロータであること
を特徴とする。

【００２７】請求項７によれば、高温度の金属焼嵌めに
より強固に固定することができるので、ロータを高速回
転して大電力の発電をすることができる。

【００２８】請求項８の回転機用回転体への金属焼嵌め
方法は、収納された回転子コイルおよびその回路が露出
および導出する回転機用回転体の外周面に被覆されたプ
ラスチック製の絶縁筒に金属リングを焼嵌めする焼嵌め
方法において、前記絶縁筒の外周面に耐熱緩衝層を設
け、この耐熱緩衝層上に金属リングを３５０℃以上の温
度に加熱して焼嵌めすることを特徴とする。

【００２９】請求項９の回転機用回転体への金属焼嵌め
方法は、収納された回転子コイルおよびその回路が露出
および導出する回転機用回転体の外周面に被覆されたプ
ラスチック製の絶縁筒に金属リングを焼嵌めする焼嵌め
方法において、前記絶縁筒をガラスエポキシ積層板によ
り形成し、このガラスエポキシ積層板製絶縁筒外周面に
耐熱性のフィルム、クロス又は不織布からなる耐熱緩衝
層を接着し、この耐熱緩衝層上に金属リングを３５０℃
以上の温度に加熱して焼嵌めすることを特徴とする。

【００３０】請求項８、９によれば、回転体の回転速度
が高速化されても、適合した強固な締め付け力を有する
金属リングの焼嵌めを行なうことができる。強固な締め
付け力を得るためには、焼嵌め温度を高温度にしなけれ
ばならない。この発明は焼嵌め温度を高温度にしても絶
縁筒の層間剥離を抑制できる。その結果、強固な締め付
け力を有する焼嵌めは、高速回転による遠心力や、高速
回転運転による絶縁筒と金属リングとの熱伸びの差によ
るストレス、運転、停止のヒートサイクルによる劣化な
どに対して信頼性の高い絶縁構造を得ることができる。

【００３１】さらに、絶縁筒の外周面に耐熱緩衝層を設
け、この耐熱緩衝層に金属リングを焼嵌めするので、絶
縁筒に高温に暖められた金属リングが直接接触するのを
防ぎ、かつ耐熱緩衝層により絶縁筒への熱の伝わりが緩
衝され、絶縁筒内の温度傾斜が緩和される。その影響で
絶縁筒内部の温度分布による膨張差が少なくなるので絶
縁筒の層間で生じるクラックの発生を大幅に抑制でき
る。

【００３２】絶縁筒の外周面に設ける耐熱緩衝層は、耐
熱性のフィルムまたはクロス、不織布を単独または複合
にしてもよいし、同一材料を積層してもよい。耐熱緩衝
層は単層より積層した方が、絶縁筒の層間剥離防止効果
が大きい。耐熱緩衝層は、低熱伝導体で耐熱性、軟化温
度が高く、熱伝導性の悪い材料が最適である。耐熱性は
３５０℃以上の短時間加熱で炭化しない材料が好まし
い。熱伝導性は０．３ｗ／ｃｍ^２以下の材料が好まし
い。

【００３３】耐熱緩衝層としてポリイミド系耐熱性フィ
ルムを使用した場合、短時間で高温度の焼嵌めをしても
ポリイミド系耐熱性フィルムは、炭化したり溶融流出せ
ず、低い熱伝導率と高い弾性率を有しており適例であ
る。低熱伝導体としてクロス部材は、無機質のクロスで
あれば耐熱的に対応でき、多品種で入手の容易さと価格
の点で適例である。

【００３４】耐熱緩衝層として不織布は、ポリイミド系
の耐熱性不織布が適している。耐熱緩衝層としてクロス
および不織布は、内部に空気層を含んでいるので熱伝導
性が低く、プラスチック製の絶縁筒に熱適にダメージを
与えにくく良好な材料である。不織布はたとえばポリア
ミド不織布、クロスはたとえばガラスクロスである。

【００３５】プラスチック製の絶縁筒と耐熱緩衝層との
接着剤は、シリコーン系とエポキシ系が耐熱性と接着力
の強さの面で適例である。プラスチック製の絶縁筒と耐
熱緩衝層との接着剤として融着フィルムは、ポリアミド
系およびエチレン系アイオノマーが接着力と短時間の高
温度で炭化しにくく適例である。短時間の高温度とは高
温度の期間が約１時間である。

【００３６】接着剤は、たとえばシリコーン、エポキ
シ、アミド系フィルム、エチレン系アイオノマーフィル
ムなどである。これら接着剤のうちアミド系フィルム、
エチレン系アイオノマーフィルムは、焼嵌め温度で溶融
し、焼嵌め温度の低下に応じて接着するプロセスで接着
する。

【００３７】発電機用絶縁筒の材質としては、ガラス繊
維強化エポキシ積層板（以下ＦＲＰと略す）が代表例で
ある。ＦＲＰ製絶縁筒には高温度の金属リングが直接接
触せず、絶縁筒の外周面に耐熱性のフィルム、またはク
ロス、不織布等の熱伝導率の低い材料を介在させるの
で、ＦＲＰ製絶縁筒厚さ方向の温度傾斜が低くなりＦＲ
Ｐ製絶縁筒の層間クラックの発生を抑制できる。

【００３８】焼嵌め時、低熱伝導率材料の介在は、ＦＲ
Ｐ材料の機械的強さの低下を抑制できる。その結果得ら
れた焼嵌め金属リングは、高速回転による遠心力や、運
転による熱伸びの差によるストレス、運転停止によるヒ
ートサイクルによる劣化などに対して充分耐えることが
できる。更に、金属リングの焼嵌め温度を従来より高く
設定できる為、焼嵌め時の金属リングの口径と低熱伝導
率材料筒体の外径との間のギャップを従来より大きくす
ることが出来、作業性の向上を図ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の回転機および回転
機用回転体への金属焼嵌め方法の実施形態を図１を参照
して説明する。この実施形態は３６０℃の焼嵌め温度で
プラスチック製の絶縁板を保護するための耐熱緩衝層の
材料を変えた実施例である。

【００４０】有機絶縁体の基板１は、大きさ例えば１５
０×１５０ｍｍ、厚さ例えば１０ｍｍＦＲＰ板である。
各実施例により製造された絶縁構造体２は、絶縁体基板
１上に載置されて評価される。絶縁構造体２の構造は、
絶縁筒に相当するプラスチック製絶縁板３上には、耐熱
緩衝層板例えば低熱伝導体板４が載置されている。この
低熱伝導体板４上には、金属リングに相当する錘５が設
けられている。

【００４１】錘５はステンレス製で約７ｋｇを用いた。
この錘５は焼嵌め温度を設定して所定温度に暖めた加熱
炉に２時間以上放置された後、低熱伝導体板４上に載置
され、焼嵌め温度の条件で実施した。即ち、この状態で
２時間以上放置した後、絶縁板３と低熱伝導体板４から
なる試験片６は、取り出された。

【００４２】この試験片６はＪＩＳ Ｋ ７０５５（ガ
ラス繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）に準じて室
温における３点曲げによる破壊強度試験機で劣化の程度
が評価された。破壊強度試験機は試験片６を大きさ１５
×８０ｍｍ、厚さ３ｍｍのＦＲＰ基板上に設置して評価
した。表１は次に説明する各実施例の断熱効果を一覧表
にしたものである。

【表１】

【００４３】比較例１ 比較例１はこの評価の基準として実施したものである。
この基準は低熱伝導体４を設けず絶縁板３のみである。
絶縁板３はＦＲＰ板で、このＦＲＰ板上に室温（ＲＴ）
の錘５を設置した。この後、ＦＲＰ板は破壊強度試験機
にセットされ曲げ強さが測定された。このときの測定値
は、曲げ強さ比１００と設定した。

【００４４】比較例２ 比較例２は比較例１において、錘５の温度（焼嵌め温度
として設定）を３１０℃に加熱したときのＦＲＰ板の曲
げ強さを測定し、比較例１との相対比を曲げ強さ比とし
て求めた。この曲げ強さ比は８４であった。ＦＲＰ板に
は層間剥離の発生は見当らなかった。

【００４５】比較例３ 比較例３は比較例２において、錘５の温度（焼嵌め温度
として設定）を３６０℃に高温度にしたときのＦＲＰ板
の曲げ強さを測定し、比較例１との相対比を曲げ強さ比
として求めた。この曲げ強さ比は５２であった。錘５の
温度を５０℃高温度にしたことにより曲げ強さ比は、３
２も低下したことがわかる。３６０℃の比較例３は、曲
げ強さの低下が大きく層間剥離が拡大していた。ＦＲＰ
板は絶縁体として利用困難であった。

【００４６】実施例１ この実施例は、絶縁板３としてのＦＲＰ板と錘５との間
に低熱伝導体４を介在させた例である。低熱伝導体４
は、厚さ２５μｍのポリイミドフィルム（以下ＰＩフィ
ルムと略す）の単層であり、接着剤としてエポキシ樹脂
フィルム（以下ＥＰフィルムと略す）により上記ＦＲＰ
板に接着される。３６０℃（焼嵌め温度として設定）に
加熱された錘５は、低熱伝導体４を介して絶縁板３に載
置される。

【００４７】このような熱衝撃による絶縁板３の曲げ強
さ比は、６３で比較例３と比較すると１１も改善されて
いる。この結果はＰＩフィルタの効果である。絶縁板３
の第１層の１箇所層間剥離があった。ＦＲＰ板は絶縁体
として利用可能であった。表１ではプラスチック製絶縁
板３と低熱伝導体４と接着剤の順で「＋」記号で積層材
料を関係付けて示している。

【００４８】実施例２ 低熱伝導体４は、厚さ５０μｍのＰＩフィルムの単層で
あり、接着剤としてＥＰフィルムにより上記ＦＲＰ板に
接着される。３６０℃に加熱された錘５は、低熱伝導体
４を介して絶縁板３に載置される。このような熱衝撃に
よる絶縁板３の曲げ強さ比は、７５で実施例１と比較す
ると１２も改善されている。ＰＩフィルムの厚さを５０
μｍと厚くしたことにより断熱効果が高くなっているこ
とがわかる。絶縁板３の第１層の１箇所に層間剥離が発
生する場合があった。ＦＲＰ板は絶縁体として利用可能
であった。

【００４９】実施例３ この実施例は実施例２の接着剤であるＥＰフィルムをシ
リコーンフィルム（以下Ｓｉフィルムと略す）に置換し
た例である。低熱伝導体４は、厚さ５０μｍのＰＩフィ
ルムの単層であり、接着剤としてシリコーンフィルム
（以下Ｓｉフィルムと略す）により上記ＦＲＰ板に接着
される。

【００５０】３６０℃に加熱された錘５は、低熱伝導体
４を介して絶縁板３に載置される。このような熱衝撃に
よる絶縁板３の曲げ強さ比は、７５で実施例２とほぼ同
じ結果となっている。絶縁板３の第１層の１箇所に層間
剥離が発生する場合があった。ＦＲＰ板は絶縁体として
利用可能であった。

【００５１】実施例４ この実施例は実施例３の低熱伝導体４のＰＩフィルムを
２枚積層した例である。低熱伝導体４は、厚さ５０μｍ
のＰＩフィルムが２枚積層されて層であり、接着剤とし
てシリコーンフィルム（以下Ｓｉフィルムと略す）によ
り上記ＦＲＰ板に接着される。３６０℃に加熱された錘
５は、低熱伝導体４を介して絶縁板３に載置される。こ
のような熱衝撃による絶縁板３の曲げ強さ比は、７８で
実施例２、３とほぼ同じ結果となっている。絶縁板３の
第１層の１箇所に層間剥離が発生する場合があった。Ｆ
ＲＰ板は絶縁体として利用可能であった。

【００５２】実施例５ この実施例は実施例３のＰＩフィルムを膜厚７５μｍに
厚くした例である。低熱伝導体４は、厚さ７５μｍのＰ
Ｉフィルムの単層であり、接着剤としてシリコーンフィ
ルム（以下Ｓｉフィルムと略す）により上記ＦＲＰ板に
接着される。３６０℃に加熱された錘５は、低熱伝導体
４を介して絶縁板３に載置される。このような熱衝撃に
よる絶縁板３の曲げ強さ比は、８３で実施例３と比較し
てＰＩフィルムを厚く形成した分、断熱効果が改善され
ている。絶縁板３の第１層の１箇所に層間剥離が発生す
る場合があった。ＦＲＰ板は絶縁体として利用可能であ
った。

【００５３】実施例６ この実施例は実施例５のＰＩフィルムを膜厚１２５μｍ
に厚くした例である。低熱伝導体４は、厚さ１２５μｍ
のＰＩフィルムの単層であり、接着剤としてＳｉフィル
ムにより上記ＦＲＰ板に接着される。３６０℃に加熱さ
れた錘５は、低熱伝導体４を介して絶縁板３に載置され
る。このような熱衝撃による絶縁板３の曲げ強さ比は、
８５で実施例５と比較してＰＩフィルムを厚く形成した
分、断熱効果が改善されている。絶縁板３の層間剥離は
見当らなかった。ＦＲＰ板は絶縁体として利用可能であ
った。

【００５４】実施例７ この実施例は実施例３に、さらにポリアミド不織布（以
下Ｎフィルムと略す）を増加して多層に積層した例であ
る。低熱伝導体４は、厚さ５０μｍのＰＩフィルムと厚
さ１２０μｍのＮフィルムの積層フィルムである。この
積層フィルムは、接着剤としてＳｉフィルムにより上記
ＦＲＰ板に接着される。３６０℃に加熱された錘５は、
低熱伝導体４を介して絶縁板３に載置される。このよう
な熱衝撃による絶縁板３の曲げ強さ比は、８５で実施例
６とほぼ同じ結果となっている。絶縁板３の層間剥離は
見当らなかった。ＦＲＰ板は絶縁体として利用可能であ
った。

【００５５】実施例８ この実施例は低熱伝導体４として実施例３のＰＩフィル
ムを膜厚１００μｍガラスクロス（以下ＧＬフィルムと
略す）に置換した例である。低熱伝導体４は、厚さ１０
０μｍのＧＬフィルムの単層である。このＧＬフィルム
は、この積層フィルムは、接着剤としてＳｉフィルムに
より上記ＦＲＰ板に接着される。３６０℃に加熱された
錘５は、低熱伝導体４を介して絶縁板３に載置される。
このような熱衝撃による絶縁板３の曲げ強さ比は、８７
で実施例３と比較して１２も断熱効果が改善されてい
る。絶縁板３の層間剥離は見当らなかった。ＦＲＰ板は
絶縁体として利用可能であった。

【００５６】実施例９ この実施例は実施例５の接着剤Ｓｉフィルムをエチレン
系アイオノマーフィルム（以下ＥＴフィルムと略す）に
置換した例である。低熱伝導体４は、厚さ７５μｍのＰ
Ｉフィルムの単層である。このＰＩフィルムは、接着剤
としてのＥＴフィルムを介在して上記ＦＲＰ板上に載置
される。３６０℃に加熱された錘５は、低熱伝導体４を
介して絶縁板３に載置される。

【００５７】この錘５が載せられたとき、錘５の熱でＥ
Ｔフィルム接着剤は、融点以上のため溶融し、錘５の加
熱温度が低下するとともにＰＩフィルムとＦＲＰ板を接
着する。同時に、この錘５が載せられたとき、錘５の熱
でＥＴフィルム接着剤は、融点以上のため熱伝導率を小
さくする働きと共にＰＩフィルムとＦＲＰ板間に生じる
熱ストレスを緩和する。したがって、冷却後でも高い曲
げ強さを保持している。このような熱衝撃による絶縁板
３の曲げ強さ比は、９０で実施例５と比較して７も断熱
効果が改善されている。 絶縁板３の層間剥離は見当ら
なかった。ＦＲＰ板は絶縁体として利用可能であった。

【００５８】実施例１０ この実施例は実施例９のＰＩフィルムを１２５μｍに厚
くした例である。低熱伝導体４は、厚さ１２５μｍの単
層である。このＰＩフィルムは、接着剤としてのＥＴフ
ィルムを介在して上記ＦＲＰ板上に載置される。３６０
℃に加熱された錘５は、低熱伝導体４を介して絶縁板３
に載置される。この錘５が載せられたとき、錘５の熱で
ＥＴフィルム接着剤は、融点以上のため溶融し、錘５の
加熱温度が低下するとともにＰＩフィルムとＦＲＰ板を
接着する。

【００５９】同時に、この錘５が載せられたとき、錘５
の熱でＥＴフィルム接着剤は、融点以上のため熱伝導率
を小さくする働きと共にＰＩフィルムとＦＲＰ板間に生
じる熱ストレスを緩和する。したがって、冷却後でも高
い曲げ強さを保持している。このような熱衝撃による絶
縁板３の曲げ強さ比は、９５で実施例９と比較してＰＩ
フィルムを厚くした分断熱効果が改善されている。絶縁
板３の層間剥離は見当らなかった。ＦＲＰ板は絶縁体と
して利用可能であった。

【００６０】実施例１１ この実施例は実施例９の接着剤ＥＴフィルムをアミド系
フィルム（以下ＡＭフィルムと略す）に置換した例であ
る。低熱伝導体４は、厚さ７５μｍのＰＩフィルムの単
層である。このＰＩフィルムは、接着剤としてのＡＭフ
ィルムを介在して上記ＦＲＰ板上に載置される。３６０
℃に加熱された錘５は、低熱伝導体４を介して絶縁板３
に載置される。

【００６１】この錘５が載せられたとき、錘５の熱でＡ
Ｍフィルム接着剤は、融点以上のため溶融し、錘５の加
熱温度が低下するとともにＰＩフィルムとＦＲＰ板を接
着する。同時に、この錘５が載せられたとき、錘５の熱
でＡＭフィルム接着剤は、融点以上のため熱伝導率を小
さくする働きと共にＰＩフィルムとＦＲＰ板間に生じる
熱ストレスを緩和する。したがって、冷却後でも高い曲
げ強さを保持している。このような熱衝撃による絶縁板
３の曲げ強さ比は、９０で実施例９と同等の断熱効果で
ある。絶縁板３の層間剥離は見当らなかった。ＦＲＰ板
は絶縁体として利用可能であった。

【００６２】実施例１２ この実施例は実施例１１のＰＩフィルムの膜厚を厚くし
た例である。低熱伝導体４は、厚さ１２５μｍのＰＩフ
ィルムの単層である。このＰＩフィルムは、接着剤とし
てのＡＭフィルムを介在して上記ＦＲＰ板上に載置され
る。３６０℃に加熱された錘５は、低熱伝導体４を介し
て絶縁板３に載置される。この錘５が載せられたとき、
錘５の熱でＡＭフィルム接着剤は、融点以上のため溶融
し、錘５の加熱温度が低下するとともにＰＩフィルムと
ＦＲＰ板を接着する。

【００６３】同時に、この錘５が載せられたとき、錘５
の熱でＡＭフィルム接着剤は、融点以上のため熱伝導率
を小さくする働きと共にＰＩフィルムとＦＲＰ板間に生
じる熱ストレスを緩和する。したがって、冷却後でも高
い曲げ強さを保持している。このような熱衝撃による絶
縁板３の曲げ強さ比は、９４で実施例１１と比較すると
膜厚を厚くした分、断熱効果が改善されている。絶縁板
３の層間剥離は見当らなかった。ＦＲＰ板は絶縁体とし
て利用可能であった。

【００６４】上記実施例の結果から絶縁板３の層間剥離
は、曲げ強さ比で８５以上は見当たらなかった。曲げ強
さ比で７５〜８４では、絶縁板３の１層目に層間剥離が
発生する場合があった。曲げ強さ比で６３〜７４では、
絶縁板３の１層目に層間剥離が発生する程度で電気的絶
縁効果は得られた。

【００６５】上記実施例の結果から比較例２は、錘５の
温度が３１０℃のとき、曲げ強さ比が８４で良好な結果
が得られている。従って、絶縁板３に層間剥離が発生す
るかどうかの焼嵌め温度について、焼嵌め温度が３１０
℃では層間剥離が発生せず、低熱伝導体４は、無くても
よいことを示している。焼嵌め温度が３６０℃では、曲
げ強さ比が５２と悪くなっており、層間剥離が発生し絶
縁効果に課題がある。この層間剥離の発生は、３５０℃
から発生している。

【００６６】上記実施例の結果から実施例３〜６は、Ｐ
Ｉフィルムの厚さが７５μｍ以上で、オリジナルＦＲＰ
板の８０％（比較例３の１．６倍）以上の曲げ強さを保
持している。さらに、低熱伝導体４は、同一材料層を１
層で形成するより、薄層を積層した方が、曲げ強さ比が
改善される。さらに、低熱伝導体４による断熱効果は、
単層より、異種材料を複数層積層する方がよい。さら
に、低熱伝導体４の厚さは、１ｍｍ以上で厚すぎ、０．
８ｍｍ以下で０．５ｍｍ以下が特に望ましい。

【００６７】さらに、上記実施例は、絶縁板３であるＦ
ＲＰに低熱伝導体４を接着した例について説明したが、
接着しなくても錘５が直接ＦＲＰに接触しない形態であ
れば何れでも同様な効果を得ることができる。さらに、
上記実施例では有機物製絶縁板３としてＦＲＰ板につい
て説明したが、有機物（プラスチック）の絶縁体であれ
ば上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

【００６８】次にタービン発電機のロータに設けられて
いるエンドリングに適用した実施形態を図２を参照して
説明する。タービン発電機のロータの構成は、図３で説
明したので、エンドリング部３のみ抽出して説明する。
図１、３、４と同一部分については、同一符号を付与
し、その説明を省略する。放射状に配列された各回転子
コイル縦続接続回路を保護するように有機物のＦＲＰ製
絶縁円筒１０が設けられている。この絶縁円筒１０は組
み付けを容易にするため２分割されている。

【００６９】この絶縁円筒１０の外周面上には、低熱伝
導体例えば膜厚１２５μｍのＰＩフィルム１１が室温硬
化タイプのシリコーン接着剤により貼着されている。こ
のＰＩフィルム１１が貼着された２分割の絶縁円筒１０
は、回転子コイル列を囲繞して円筒状に配設される。

【００７０】この絶縁円筒１０の外周面上には、金属製
のエンドリング１２が焼嵌めされている。このエンドリ
ング１２は内径が絶縁円筒３の外形より小さく設計され
る。このエンドリング１２は短時間例えば１時間で焼嵌
めする。この焼嵌め工程は、エンドリング１２を焼嵌め
温度に加熱例えばガスバーナで炙り３５０℃以上の温度
例えば３６０℃の高温度にする。高温度に加熱されたエ
ンドリング１２は、熱膨張して口径が絶縁円筒１０より
大きくなり、絶縁円筒１０の外周面への嵌め込みが容易
になる。

【００７１】絶縁円筒１０に嵌め込まれたエンドリング
１２は、冷却することにより熱収縮して絶縁円筒１０の
外周面上に密着し、絶縁円筒１０を強固に固定する。こ
の実施形態では、焼嵌め工程において加熱されたエンド
リング１２がＰＩフィルム１１と接触し、絶縁円筒１０
と直接接触しない。この結果、絶縁円筒１０は加熱され
たエンドリング１２がＰＩフィルム１１と接触したの
ち、漸次温度上昇するため急激な熱衝撃を受けず層間剥
離を生じない。従って、絶縁円筒１０はエンドリングの
焼嵌め工程を高温度で実施しても、回転子コイルなど電
気回路を良好に絶縁する。

【００７２】発電機の発電出力の大出力化は、ロータ２
１がより高速回転になる。ロータ回転速度の高速化は、
エンドリング１２の締め付け度を高くすることである。
即ち、絶縁円筒１０の外径に対してエンドリング１２の
径は、より小さく設計される。エンドリング１２の径を
より小さく設計することは、エンドリング１２をより高
温度に加熱して焼嵌めすることである。

【００７３】エンドリング１２を高温度に加熱して焼嵌
めしたとき、ＰＩフィルム１１による断熱効果は、薄層
で効率的に絶縁円筒１０を保護する。このように構成さ
れたロータ２１は、回転試験の結果、振動などは無く、
金属リングを３００℃以下で焼き嵌めした条件と同等で
ＦＲＰの損傷がなく信頼性の高い絶縁構成であることが
確認できた。

【００７４】発電機には他の焼嵌め部として回転子コイ
ル２２に励磁電流を供給するコレクタリングがある。こ
の実施形態はコレクタリング（正極と負極）の焼嵌めに
適用したもので、ロータ２１の高速回転に耐え得る強固
な焼嵌めを目的としたものである。この実施形態を図３
を参照して説明する。図１、２、４、５と同一部分は同
一符号を付与してその詳細な説明を省略する。

【００７５】回転子コイル２２への励磁電流供給部でロ
ータ２１外周面には、回転子コイルのバイアス回路が露
出し、この部分にコレクタリング１５が焼嵌めにより設
けられる。このコレクタリング１５は正極リング１５ａ
と負極リング１５ｂが離隔して設けられる。このコレク
タリング１５とロータ２１の外周面間には、上記回転子
コイルのバイアス回路と絶縁し、かつ保護するために絶
縁円筒１６が設けられている。

【００７６】絶縁円筒１６の外周面上には、この実施形
態の特徴とする低熱伝導筒体４が形成されている。この
低熱伝導筒体４の部材は、表１の各実施例で説明したフ
ィルムで同様な製法により形成する。この低熱伝導筒体
４上に正極リング１５ａと負極リング１５ｂを焼嵌めす
る。焼嵌め方法は上記実施形態で説明した方法により形
成できる。

【００７７】各正極リング１５ａと負極リング１５ｂの
周縁部には、多数の回転子コイル２２に励磁電流を供給
するための回転子コイルバイアス回路を形成する銅線か
らなる配線１７列に接続された引出端子１８が設けられ
ている。この引出端子１８と各正極リング１５ａと負極
リング１５ｂとは、外部で電気的に配線される。このよ
うに低熱伝導体４の形成は、コレクタリング１５の焼嵌
め温度が３５０℃以上になっても、絶縁円筒１６に層間
剥離を生ずることがない。

【００７８】このように発電機のロータ２１において、
焼嵌めによる組立技術が行なわれている個所は、ロータ
２１の外周面で回転子コイル回路が露出する場所であ
る。各正極リング１５ａと負極リング１５ｂの固定子に
設けられるブラシと接触する表面は、電気的接触を良好
にするために粗面に加工され、溝１９が設けられてい
る。

【００７９】上記実施形態では、発電機のロータにおい
て金属リングの焼嵌め個所に適用した実施形態について
説明したが、回転機であれば発電機に限らずモータでも
よく、ロータ内に設けられる電子回路はコイルに限ら
ず、トランスポンダなどの電気回路が収納される回路で
も同様な効果が得られる。

【００８０】上記実施形態によれば、絶縁基材のＦＲＰ
の表面に耐熱性のフィルム、またはクロス、不織布を配
置、または接着した外周部に高温度に加熱した金属リン
グを焼き嵌めした絶縁構造体を備えた発電機のロータ１
を得ることができる。低熱伝導体として耐熱性のフィル
ム、またはクロス、不織布を絶縁基材表面に配置、また
は接着することは、絶縁基材であるＦＲＰが焼嵌め用高
温度の金属の接触により炭化や劣化することから保護さ
れることである。熱伝導率の低いこれら材料は、絶縁基
材であるＦＲＰへの熱伝導を遅くし緩和するので絶縁基
材中の温度傾斜を低くでき、熱ひずみが小さくなる。

【００８１】この結果、上記低熱伝導体を設けること
は、高温度による絶縁基材中のクラックを抑制できるの
で絶縁基材の機械的強さの劣化を防ぐことができる。さ
らに、締め付け力を強くするために焼き嵌め温度を高く
しても絶縁特性を損なうことなく十分な信頼性を有する
発電機を構成することができる。また、エンドリングの
焼嵌め時温度を従来の焼嵌め温度より高く設定できる
為、エンドリング挿入時のギャップを従来より大きくす
ることが出来、強固な締め付けができ、作業性の向上を
図ることができる。

【００８２】

【発明の効果】この発明によれば、有機絶縁体の外周面
への焼嵌めにおいて、焼嵌め温度が３００℃以上の高温
になっても、有機絶縁体の層間剥離の発生を抑制し、金
属リング焼嵌め時の作業性が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明するための断面図。

【図２】本発明を発電機に適用した実施形態を説明する
ためのエンドリング部の斜視図。

【図３】図２他の実施形態を説明するためのコレクタリ
ング部の断面図。

【図４】従来の発電機のロータに形成された回転子コイ
ルの配置を示す説明図。

【図５】図４のコイルエンド部のエンドリング焼嵌め部
の構造を説明するための断面図。

【符号の説明】

１…基板、２…絶縁構造体、３…絶縁板、４…低熱伝導
体、５…錘、６…試験片、１０…絶縁円筒、１１…ガラ
ス繊維強化エポキシ樹脂、１２…エンドリング、１５…
コレクタリング、１６…絶縁円筒、１７…配線、１８…
引出端子、１９…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 勝彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 千葉 英樹 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AB07 AC10 AE08 5H603 AA03 AA04 BB02 BB09 BB12 CA02 CA05 CB03 CB04 CB11 CB22 CB25 CC01 CC17 EE08 EE13 FA24 FA29 FA30 5H604 AA05 AA08 BB03 BB10 BB14 CC02 CC05 CC11 CC13 DA06 DA15 DA19 DA25 DB01 DB11 DB26 PB04 PC00 QA06 QB15 5H619 AA03 AA04 BB02 PP02 PP04 PP11

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体内に設けられた回転子コイルと、 この回転子コイルが露出する前記回転体の外周面に被覆
   されたプラスチック製の絶縁筒と、 この絶縁筒の表面に設けられた耐熱緩衝層と、 この耐熱緩衝層上に焼嵌めされた金属リングとを具備し
   てなることを特徴とする回転機。
2. 【請求項２】 回転体内に設けられた回転子コイルと、 この回転子コイルに励磁電流を供給するバイアス回路が
   導出される前記回転体の外周面に被覆されたプラスチッ
   ク製の絶縁筒と、 この絶縁筒の表面に設けられた耐熱緩衝層と、この耐熱
   緩衝層上に焼嵌めされた金属リングとを具備してなるこ
   とを特徴とする回転機。
3. 【請求項３】 前記耐熱緩衝層は耐熱性のフィルム、ク
   ロス、不織布のうち少なくとも一つの材料であることを
   特徴とする請求項１又は２記載の回転機。
4. 【請求項４】 前記耐熱緩衝層は前記絶縁筒の表面に接
   着剤により接着されたものであることを特徴とする請求
   項１、２又は３記載の回転機。
5. 【請求項５】 前記絶縁筒および前記耐熱緩衝層とを接
   着する接着剤は、シリコーン系、エポキシ系、ポリアミ
   ド系融着フィルム、エチレン系アイオノマーフィルムの
   少なくとも一種であることを特徴とする請求項４記載の
   回転機。
6. 【請求項６】 前記耐熱性のフィルム、クロス、不織布
   の材質はポリイミド系、ガラスクロス、ポリアミド系で
   あることを特徴とする請求項３記載の回転機。
7. 【請求項７】 前記回転体は発電機のロータであること
   を特徴とする請求項１又は２記載の回転機。
8. 【請求項８】 収納された回転子コイルおよびその回路
   が露出および導出される回転機用回転体の外周面に被覆
   されたプラスチック製の絶縁筒に金属リングを焼嵌めす
   る焼嵌め方法において、前記絶縁筒の外周面に耐熱緩衝
   層を設け、この耐熱緩衝層上に金属リングを３５０℃以
   上の温度に加熱して焼嵌めすることを特徴とする回転機
   用回転体への金属焼嵌め方法。
9. 【請求項９】 収納された回転子コイルおよびその回路
   が露出および導出される回転機用回転体の外周面に被覆
   されたプラスチック製の絶縁筒に金属リングを焼嵌めす
   る焼嵌め方法において、前記絶縁筒をガラスエポキシ積
   層板により形成し、このガラスエポキシ積層板製の絶縁
   筒外周面に耐熱性のフィルム、クロス又は不織布からな
   る耐熱緩衝層を接着し、この耐熱緩衝層上に金属リング
   を３５０℃以上の温度に加熱して焼嵌めすることを特徴
   とする回転機用回転体への金属焼嵌め方法。