JP2003319592A - 回転電機用絶縁コイルおよびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素線コイルの外周に対地絶縁テープを巻回し
た上で熱硬化性絶縁樹脂を含浸、硬化させて形成した対
地絶縁層を設けた絶縁コイルの小形化を図る。 【解決手段】対地絶縁層内に素線コイルに接近して無孔
質の絶縁フィルムを含む耐高電界層を設けることによ
り、対地絶縁層の絶縁破壊電圧を高めて厚さを薄くす
る。対高電界層としては、無孔質の絶縁フィルムを基材
とした集成マイカテープにＢステ−ジ（半硬化状）の熱
硬化性樹脂と塗布処理したプリプレグ集成マイカテープ
−を使用する。

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、発電機および電
動機等の回転電機、特に高電圧の回転電機の電機子コイ
ルとして使用される絶縁コイルの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高電圧の回転電機用絶縁コイルは、絶縁
性を高めるためには、絶縁体内部から可能な限り空隙を
除くことが肝要である。

【０００３】従来の通常の高電圧の絶縁コイルは、図５
に示すように、コイルの絶縁された素線１１を巻回して
整列した後、高温で加圧成形して素線コイル１を製作
し、この素線コイル１に集成マイカテープなどの対地絶
縁テープを複数回巻回して絶縁樹脂の含浸されていない
対地絶縁層を形成する。次に、この絶縁樹脂未含浸の対
地絶縁層の形成された素線コイル１を樹脂含浸用の型に
入れて、熱硬化性の絶縁樹脂２２を真空加圧含浸させて
硬化することによって絶縁コイルを形成する。この方法
は、大形の回転電機のコイルの製造に多く用いられ、コ
イル単位で含浸が行なわれることからコイル単体含浸方
式と呼ばれている。

【０００４】別の方法として未含浸の素線コイルを回転
電機の鉄心のスロット内に挿入し、インターレイヤ、楔
等を設置した後に、鉄心とコイルを一体で絶縁樹脂を含
浸し、硬化させる、全含浸方式と呼ばれる方法もある。

【０００５】何れの方式の絶縁コイルにおいても、内部
に空隙のない対地絶縁層を得るために、絶縁樹脂の含浸
技術の向上が図られてきた。その結果、現在の対地絶縁
層においては、ほぼ完全に空隙の存在しない良好な含浸
状態が得られるレベルにある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように絶縁技術が
向上するのにともなって、近年においては、絶縁コイル
のコイル導体の寸法はそのままで、コイルの絶縁層の厚
さを薄くしてコイル寸法を縮小することによって回転電
機を小形化する要求が高まっている。

【０００７】しかしながら、絶縁コイルの対地絶縁層を
集成マイカテープと含浸樹脂とで構成した従来の絶縁コ
イルにおいては、小形化のために単純に絶縁層の厚さを
薄くしたのでは、絶縁層が高電界化するため、絶縁破壊
耐力が低下し、絶縁コイルの寿命が短くなる欠点が生じ
る。

【０００８】この発明は、回転電機の小形化のために、
対地絶縁層の厚さが薄くても絶縁破壊耐力が高く、寿命
を長くすることのできる、高電圧の回転電機用絶縁コイ
ルを提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
課題を達成するため、導体に絶縁を施した素線を巻回し
て構成した素線コイルの外周に、耐電界強度の高い無孔
質のフィルム状絶縁材を含む第１絶縁層と、多孔質のテ
ープ状絶縁材に熱硬化性樹脂を含浸してなる第２絶縁層
とを順次重ねて対地絶縁層を形成すことを特徴とする。

【００１０】なお、前記の回転電機用絶縁コイルにおい
て、第１の絶縁層を、無孔質のフィルム状絶縁材を基材
とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を含
ませたプリプレグ集成マイカテープにより構成すること
ができる。

【００１１】また、対地絶縁層内の第１絶縁層の内側に
内部電界緩和層を設けてもよく、この内部電界緩和層を
導電性テープに半硬化状の熱硬化性樹脂を塗布処理した
導電性プリプレグテープにより構成することができる。

【００１２】さらに、前記対地絶縁層の角部を円弧状に
して電界集中緩和処理を施すことができる。

【００１３】さらにまた、前記回転電機用絶縁コイル
は、導体に絶縁を施した素線を巻回して構成した素線コ
イルの外周に耐電界強度の高い無孔質のフィルム状絶縁
材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性
樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープを巻回
し、加熱、加圧して成形して第１絶縁層を形成する工程
と、前記第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材を
巻回して、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して第2絶縁層を
形成する工程とを含む方法によって製造する。

【００１４】内部電界緩和層を設ける場合は、第１絶縁
層を形成する工程において、プリプレグ集成マイカテー
プの下に導電性プリプレグテープとを巻回して素線コイ
ルを加熱、加圧成形する。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を、
図に示す実施例を用いて説明する。

【００１６】−実施例１− 図１は、この発明の第１実施例を示す。

【００１７】この図において、１は、素線導体１１に素
線絶縁１２を施してなる素線１０を巻型を用いて巻回し
て形成した素線コイルである。この素線コイル１の外周
に耐高電界絶縁層２１と、対地絶縁テープを含む含浸樹
脂絶縁層２２からなる対地絶縁層２を形成している。１
３は、素線コイル１の頭部の空所を埋める絶縁材よりな
る頭部詰め物である。

【００１８】耐高電界絶縁層２１は、無孔質の耐高電界
絶縁フィルムを基材にしてマイカを集成してなる集成マ
イカテープまたはシートの少なくとも一方の面に、Bス
テージの半硬化状の熱硬化性樹脂、例えば。エポキシ系
樹脂、ポリイミド系樹脂を塗布処理して形成したプリプ
レグ集成マイカテープまたはシートで構成される。この
絶縁層２１は、素線コイル１上に前記のプリプレグ集成
マイカテープまたはシートを巻回し、全体を高温加圧成
形プレスにより高温加熱しながら加圧成形して形成す
る。これによって、無孔質の対高電界絶縁フィルムおよ
びマイカが空隙を生じることなく素線コイル１の外周に
接着され空隙なしの耐高電界絶縁層２１が形成される。

【００１９】この耐高電界絶縁層２１の上にガラス繊維
等からなる多孔質のテープ基材上にマイカを集成して形
成した集成マイカテープを対地絶縁テープとして巻回し
て、エポキシ系樹脂またはポリイミド系樹脂等の熱硬化
性樹脂を真空加圧含浸し、硬化することによって対地絶
縁層２を形成する。ここで使用する対地絶縁テープは、
熱硬化性樹脂の含浸性をよくするために、多孔質の絶縁
材を基材としたテープを用いるのがよい。

【００２０】このようにして形成された回転電機用絶縁
コイルは、対地絶縁層２の耐高電界絶縁層２１として、
厚さ当たりの絶縁破壊電圧の高い耐高電界性の無孔質フ
ィルム基材のマイカテープを用いることによって、高い
絶縁性能を得ることができるので対地絶縁層２の厚さを
薄くすることができ、絶縁コイルの寸法を縮小すること
が可能となる。

【００２１】無孔質の絶縁フィルムを基材にした集成マ
イカテープは高い耐絶縁破壊電圧特性を有するが、絶縁
樹脂の含浸性が悪いため、そのまま使用したのでは、樹
脂を含浸して形成した絶縁層内に空隙が発生したりして
所望の絶縁性能を得ることができないが、この発明のよ
うに、この無孔質絶縁フィルム基材に予め半硬化状の絶
縁樹脂を塗布処理して形成したプリプレグ集成マイカテ
ープを用いることにより、このテープのプリプレグ樹脂
が素線コイルに対して空隙のない接着層を形成すること
ができるため、高い絶縁性能を得ることができる。

【００２２】−実施例２− 図２は、この発明の第２実施例を示す。

【００２３】この図の（ａ）、（ｂ）において、１およ
び２は、前記実施例１の場合と同じく、それぞれ素線コ
イルおよび対地絶縁層である。この実地例においては、
素線コイル１と耐高電界絶縁層２１との間に内部電界緩
和層３が設けられている。この内部電界緩和層３は、有
機または無機の絶縁繊維基材にカーボン繊維などの導電
性繊維を織り込んで構成した導電性テープ３１を上下か
ら絶縁性のテープにＢステージ（半硬化状）のエポキシ
系樹脂、ポリイミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を処理した
プリプレグテープ３２および３３で挟んで素線コイルに
１上に巻回して構成され、さらにその上に耐高電界絶縁
層２１を形成する無孔質フィルム基材のプリプレグ集成
マイカテープを巻回して、加熱成形プレスにより、加熱
しながら加圧成形して、これらのテープを空隙なしに接
着する。そしてその上にさらに、多孔質繊維基材の集成
マイカテープよりなる対地絶縁テープを巻回した上で、
熱硬化性絶縁樹脂を真空加圧含浸し、樹脂を加熱硬化し
て対地絶縁層を仕上げる。各絶縁層の関係が図２（ａ）
では不明瞭であるので、図２（ａ）のＢ部を拡大して図
２（ｂ）に示す。

【００２４】これにより、素線コイルの表面付近に電界
緩和用の導電層が設けられるので素線コイル１の外周の
不均一な電界分布が緩和されるため局部的な電界集中が
なくなり、対地絶縁層２全体がほぼ均等に電界を分担す
ることになる。このため、対地絶縁層２の厚さを薄くし
ても絶縁性能を維持することができ、絶縁コイルの小形
化が図れるようになる。

【００２５】−実施例３− 図３は、この発明の第３実施例を示す この実施例３の絶縁コイルは、前記実施例２の絶縁コイ
ルとほぼ同じ構成であるが、異なる点は、内部電界緩和
層３の構成である。すなわち、実施例２においては、導
電性テープ３１と上下層のプリプレグテープ３２および
３３とで内部電界緩和層３を形成しているが、この実施
例３においては、図３（ｂ）に詳細を示すように、内部
電界緩和層３が導電性のプリプレグテープ３４と下層プ
リプレグテープ３２によって形成している。

【００２６】この導電性プリプレグテープ３４は、導電
性のテープまたはシートにＢステージ（半硬化状）の熱
硬化性のエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の塗布処理
をしたものである。

【００２７】これにより、内部電界緩和層３の厚さを薄
くできるので、絶縁コイルをより小形にすることができ
る。

【００２８】―実施例４― 図４は、この発明の第４実施例を示す。

【００２９】この実施例４の絶縁コイルの内部構成は前
記各実施例と同じであるが、異なる点は、素線コイルの
頭部詰め物１３の角部の円弧の曲率を大きくすることに
よって、その外周の対地絶縁層２の角部が曲率の大きな
円弧として、角部に電界分布の緩和処理を施した点であ
る。

【００３０】この実施例４のように構成すれば、対地絶
縁層２の内部および外部の角部の電界集中が緩和される
ので、絶縁コイル全体の電界分布がより均一化され、局
部的な電界集中がなくなるため、絶縁性能をより高める
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、素線コイルの外周に
形成する対地絶縁層の素線コイル側に無孔質の絶縁性フ
ィルム基材に半硬化状の熱硬化性樹脂を塗布処理してな
るプリプレグテープにより耐高電界絶縁層を形成してい
るので対地絶縁層の耐電界性能を高め、耐絶縁破壊電圧
特性をたかくすることができる。したがって、対地絶縁
層の厚さを薄くして従来と同等の絶縁性能を発揮するこ
とができるようになるので、絶縁コイルの寸法を縮小化
することができ、回転電機の小形化に貢献できる効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す絶縁コイルの部分
断面図である。

【図２】（ａ）は、この発明の第２実施例を示す絶縁コ
イルの部分断面図、（ｂ）はそのＢ部を拡大して示す断
面図である。

【図３】（ａ）は、この発明の第３実施例を示す絶縁コ
イルの部分断面図、（ｂ）はそのＢ部を拡大して示す断
面図である。

【図４】この発明の第４実施例を示す絶縁コイルの部分
断面図である。

【図５】従来例を示す絶縁コイルの部分断面図である。

【符号の説明】

１ 素線コイル １１ 導体 １２ 素線絶縁 １３ 頭部詰め物 ２ 対地絶縁層 ２０ 第2絶縁層 ２１ 耐高電界絶縁層（第１絶縁層） ２２ 含浸絶縁樹脂 ３ 内部電界緩和層 ３１ 導電性テープ ３２、３３ プリプレグ絶縁テープ ３４ プリプレグ導電性テープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 誠一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 芳賀 弘二 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H604 AA01 DB02 DB07 DB26 DB28 PB03 PD01 PD02 5H615 AA01 BB01 BB02 PP01 PP12 QQ19 RR02 RR07 RR09 SS24 SS41 TT03 TT31

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体に絶縁を施した素線を巻回して構成
   した素線コイルの外周に、耐電界強度の高い無孔質のフ
   ィルム状絶縁材を含む第１絶縁層と、多孔質のテープ状
   絶縁材に熱硬化性樹脂を含浸してなる第２絶縁層とを順
   次重ねて対地絶縁層を形成してなることを特徴とする回
   転電機用絶縁コイル。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回転電機用絶縁コイルに
   おいて、第１の絶縁層が無孔質のフィルム状絶縁材を基
   材とした集成マイカテープに半硬化状の熱硬化性樹脂を
   塗布処理したプリプレグ集成マイカテープにより構成し
   たことを特徴とする回転電機用絶縁コイル。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の回転電機用絶縁
   コイルにおいて、対地絶縁層内の第１絶縁層の内側に内
   部電界緩和層を設けたことを特徴とする回転電機用絶縁
   コイル。
4. 【請求項４】 請求項３記載の回転電機絶縁コイルにお
   いて、前記内部電界緩和層を導電性テープに半硬化状の
   熱硬化性樹脂を塗布処理した導電性プリプレグテープに
   より構成したことを特徴とする回転電機用絶縁コイル。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかに記載の回転
   電機用絶縁コイルにおいて、前記対地絶縁層の角部を円
   弧状にして電界集中緩和処理を施したことを特徴とする
   回転電機用絶縁コイル。
6. 【請求項６】 導体に絶縁を施した素線を巻回して構成
   した素線コイルの外周に耐電界強度の高い無孔質のフィ
   ルム状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状
   の熱硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテ
   ープを巻回し、加熱、加圧成形して第１絶縁層を形成す
   る工程と、前記第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶
   縁材を巻回して、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して第２絶
   縁層を形成する工程とを含むことを特徴とする回転電機
   用絶縁コイルの製造方法。
7. 【請求項７】 導体に絶縁を施した素線を巻回して構成
   した素線コイルの外周に導電性プリプレグテープおよび
   を巻回し、その上に耐電界強度の高い無孔質のフィルム
   状絶縁材を基材とした集成マイカテープに半硬化状の熱
   硬化性樹脂を含ませてなるプリプレグ集成マイカテープ
   を巻回し、加熱、加圧成形して第１絶縁層を形成する工
   程と、前記第１絶縁層の外周に多孔質のテープ状絶縁材
   を巻回して、熱硬化性樹脂を含浸、硬化して第２絶縁層
   を形成する工程とを含むことを特徴とする回転電機用絶
   縁コイルの製造方法。