JP2005110450A - 低抵抗コロナ防止テープまたはシートおよび回転電機の固定子コイル - Google Patents

Abstract

【課題】コイル絶縁層内および低抵抗コロナ防止層とコイル絶縁層との界面および低抵抗コロナ防止層内に含浸樹脂が十分に含浸されて剥離やボイドの少ない低抵抗コロナ防止を提供する。
【解決手段】本低抵抗コロナ防止テープまたはシートは、織布又は不織布基材に半導電性の粘弾性樹脂を含浸して樹脂含浸組成物を形成し、前記樹脂含浸組成物の片面または両面にエンボス加工により凸凹部を形成して硬化させてなる構成、或いは、熱収縮性の高分子フィルムの片面または両面に半導電性樹脂を塗布して樹脂塗布フィルムを形成し、前記樹脂塗布フィルムの表面にエンボス加工により凸凹部を形成して硬化させてなる構成とする。固定子コイル２の固定子鉄心相当部絶縁層表面外周に前記低抵抗コロナ防止テープ又はシートを前記エンボス加工面がスロット壁に接するように巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、低抵抗コロナ防止テープまたはシートおよび前記低抵抗コロナ防止テープまたはシートによって形成された低抵抗コロナ防止層を備えた回転電機の固定子コイルに関する。

従来から、この種の回転電機の固定子コイルの製造方法の１つとして、図１に示すように、例えば絶縁被覆が施された素線を複数本束ね成形した素線束１上に、マイカシートまたはマイカテープを複数回巻回してコイル絶縁層５を設けて固定子コイル２を形成した後、前記固定子コイル２を固定子鉄心スロット３に収納結線し、固定子鉄心４ごとコイル絶縁層５内の空隙部にエポキシ等の無溶剤含浸樹脂を真空・加圧含浸し、その後加熱硬化させるようにする全含浸方式がある（下記特許文献１参照）。

この場合、固定子コイル２には、固定子鉄心スロット３との間での部分放電の発生を防止するために、固定子鉄心スロット長とほぼ同じ範囲のコイル絶縁層５の表面の外周部に、カーボン粉末等の導電性充填材を配合した塗料を含浸して硬化させたガラス繊維テープまたはシート、および前記塗料を高分子フィルムの片面に塗布して硬化させたテープまたはシートから成るコロナ防止材等を巻回して低抵抗コロナ防止層６を設けている（下記特許文献２参照）。
特開平９−５１６４７号公報 特開２０００−６００４７号公報

ガラス繊維テープの様な従来のコロナ防止材は、含浸樹脂を含浸し硬化する際に、ガラス繊維自体の樹脂保持性や熱収縮が小さいため、絶縁層５内又はコロナ防止材と絶縁層５との界面に含浸樹脂の流出による剥離やボイドが発生することがある。この剥離やボイドは、コイル絶縁の初期誘電特性を低下させる要因となるため、含浸樹脂の抜け落ち防止のために、コロナ防止材とは別に熱収縮性を有するフィルム等を絶縁層５表面の外周部に巻回している。

また、熱収縮性を有する高分子フィルムを用いた従来のコロナ防止材は、コイル絶縁層５表面の外周部に一定部分を重ねて巻き付けられる。この際に、フィルムには部分的に皺が発生するが、皺の無い重複部分はフィルム同士が密着している。このフィルム同士が密着した重複部分は真空・加圧含浸時に更に密着するため、含浸樹脂のコロナ防止材面からの浸入が阻害され、コロナ防止材と絶縁層５との界面やコロナ防止材の重複部層間に含浸樹脂の未含浸部或いは流出部が生じ、含浸・硬化後に剥離やボイドとなることがある。更にまた、コイル２の鉄心スロット３への出し入れ時に鉄心４の積層面の微小な凹凸部との摩擦（擦れ）等により最悪の場合、コロナ防止材面が損傷することがある。

これらの剥離やボイド並びにこの初期損傷部は前述した様に、コイル絶縁の誘電特性を低下させる要因であり、回転電機の運転中に熱劣化や熱収縮等の作用により、この剥離やボイド並びに初期損傷部は次第に拡大され部分放電が増大し、部分放電の熱で低抵抗コロナ防止層６が次第に欠損することがある。この欠損部は、固定子鉄心４と電気的に接続されず同電位にならないために、固定子コイル２と固定子鉄心４間でスロット放電が発生する。更に長期運転中の電磁振動等により欠損部が拡大され、最終的にコイル絶縁層５が損傷を受けることで絶縁特性の低下を招く恐れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、固定子鉄心スロットへのコイル出し入れによる低抵抗コロナ防止層の損傷が少なく、コイル絶縁層内および低抵抗コロナ防止層とコイル絶縁層との界面および低抵抗コロナ防止層内に含浸樹脂が十分に含浸されて剥離やボイドの少ない回転電機の固定子コイルおよび前記回転電機の固定子コイルを構成する低抵抗コロナ防止テープまたはシートを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明の低抵抗コロナ防止テープまたはシートは、織布又は不織布基材に半導電性の粘弾性樹脂を含浸して樹脂含浸組成物を形成し、前記樹脂含浸組成物の片面または両面にエンボス加工により凸凹部を形成して硬化させてなる構成とする。

請求項２の発明は、前記織布基材は、ガラス繊維又はアルミナ繊維が幅方向に配置され、熱収縮性のポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートの繊維が長手方向に配置されている構成とする。

請求項３の発明は、前記不織布基材は、熱収縮性のポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートの繊維からなる構成とする。
請求項４の発明は、前記粘弾性樹脂は、カーボン紛を配合したシリコーンゴムまたはシリコーン変性ポリマーからなる構成とする。

また請求項５の発明の低抵抗コロナ防止テープまたはシートは、熱収縮性の高分子フィルムの片面または両面に半導電性樹脂を塗布して樹脂塗布フィルムを形成し、前記樹脂塗布フィルムの表面にエンボス加工により凸凹部を形成して硬化させてなる構成とする。

請求項６の発明は、前記高分子フィルムはポリエチレンナフタレートからなる構成とする。
請求項７の発明は、前記半導電性樹脂は、カーボン粉末と層状粘土鉱物を配合した加熱硬化型のエポキシ樹脂組成物からなる構成とする。

請求項８の発明の回転電機の固定子コイルは、絶縁被覆が施された素線束上に未含浸の集成マイカテープを多重巻回して成る固定子コイルを固定子鉄心のスロットに収納結線後、前記固定子鉄心ごと熱硬化性樹脂中に浸漬して真空加圧含浸処理後、加熱硬化して成る回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの固定子鉄心相当部絶縁層表面外周に請求項１または５に記載の低抵抗コロナ防止テープ又はシートを前記エンボス加工面がスロット壁に接するように巻回して低抵抗コロナ防止層を形成した構成とする。

本発明によれば、固定子鉄心スロットへのコイル出し入れによる低抵抗コロナ防止層の損傷が少なく、コイル絶縁層内および低抵抗コロナ防止層とコイル絶縁層との界面および低抵抗コロナ防止層内に含浸樹脂が十分に含浸されて剥離やボイドの少ない回転電機の固定子コイルおよび前記回転電機の固定子コイルを構成する低抵抗コロナ防止テープまたはシートを提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１に示すように、回転電機の固定子コイル２は、絶縁被覆が施された素線を複数本束ね成形した素線束１上に、集成マイカとガラス織布又は高分子フィルムから成る未含浸のマイカシート或いはテープを複数回巻回してコイル絶縁層５を形成し、固定子鉄心スロット３との間での部分放電の発生を防止するために、低抵抗コロナ防止テープ又はシートをコイル絶縁層５上に巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成する。そして、固定子コイル２を固定子鉄心スロット３内に収納結線し固定子鉄心４ごと、絶縁組織の空隙部にエポキシ等の無溶剤含浸樹脂を真空・加圧含浸し、その後加熱硬化して構成されている。

本発明の第１の実施例では、図２（ａ），（ｂ）に示す様に、織布又は不織布からなる基材９に半導電性の粘弾性樹脂を含浸し、その片面をエンボス加工により凸凹部７ａを形成して硬化させた低抵抗コロナ防止テープ又はシート８を、固定子コイル２の固定子鉄心４相当部のコイル絶縁層５表面外周に、低抵抗コロナ防止テープ又はシート８の凹凸部７ａが固定子鉄心スロット３の内壁に接する様に巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成するものである。

ここで、織布の基材９としては幅方向が機械的強度の高いガラス繊維またはアルミナ繊維からなり長手方向が熱収縮性のポリエチレンテレフタレート繊維から成る有沢製作所製の0.75mm厚さの交織布テープを用いた。また、不織布の基材９としては耐熱性が高く熱収縮性の0.1mm厚さのポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布を用いた。そして、高耐熱性の加熱硬化型のシリコーンゴム（例えば、ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＥ３４３１−Ｈ）にカーボン粉末を配合し、表面抵抗率が１０²〜１０³Ω程度に調整した前記半導電性の粘弾性樹脂を前記織布又は前記不織布の基材９に含浸し硬化して各低抵抗コロナ防止テープ８ａまたは８ｂを製作した。

このようにして得られた各低抵抗コロナ防止テープ８ａ，８ｂ（これらのテープを用いたコイルを実施例１ａ，１ｂという）とカーボン粉末等が配合された半導電性塗料をポリエステルフィルムの片面に塗布して硬化させた従来の低抵抗コロナ防止テープ（このテープを用いたコイルを比較例１という）を用いて、以下の各試験を実施した。

まず、10mm×50mm×800mmアルミニウム角棒に１／２重ね巻きで未含浸の集成マイカテープを巻回して絶縁厚が同じになるように形成し、その絶縁範囲の中央部300mm長さに上記の各低抵抗コロナ防止テープを１／２重ね１回巻きして未含浸コイルを得た。この各未含浸コイルを用いて、実機縮尺鉄心モデルスロットでコイルの出し入れを繰り返し行い、低抵抗コロナ防止層の損傷の有無を確認した。その結果、比較例１の未含浸コイルの低抵抗コロナ防止層には一部に切り傷や捲れ等が観察されたが、実施例１ａ，１ｂの未含浸コイルの低抵抗コロナ防止層には切り傷や捲れ等は観察されなかった。

次に、前記と同様にして各未含浸コイルを複数本製作して、更にその上に鉄板を当てて模擬スロットを形成し、無溶剤のビスフェノールＡ系エポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤から成る熱硬化性エポキシ樹脂を用いて真空加圧含浸処理した後、一部のコイルについては絶縁層の切開試験を行い樹脂の含浸状態を確認した。それ以外のコイルはそのまま加熱硬化して電圧−ｔａｎδ特性試験を行った。

まず、絶縁層の切開試験結果は、比較例１の含浸コイルは低抵抗コロナ防止テープの重複する層間部分に樹脂の未含浸部が確認されたが、実施例１ａ，１ｂの含浸コイルは、コロナ防止テープと絶縁層との界面或いは低抵抗コロナ防止テープの重複する層間部共に未含浸部は認められなかった。また、電圧−ｔａｎδ特性試験結果は図４に示すように、実施例１ａ，１ｂの含浸コイルの方が比較例１より低値であった。

以上の結果が示すように、本実施例の固定子コイル１ａ，１ｂは、低抵抗コロナ防止テープ又はシート８ａ，８ｂの片面に凸凹部が形成されているため、前記テープ又はシート８ａ，８ｂをコイルに巻回した時、その重複部分に含浸樹脂が通ることのできる微小隙間が形成されるので、前記テープ又はシート８ａ，８ｂ同士が密着することが無く、前記テープ又はシート８ａ，８ｂが熱収縮性の織布又は不織布基材に高耐熱性の半導電性の粘弾性樹脂を含浸・硬化しているため、含浸樹脂を含浸・硬化する際に、絶縁層５内又は低抵抗コロナ防止層６と絶縁層５との界面に含浸樹脂の流出による剥離やボイドが発生することが無い。

また、固定子コイル２の固定子鉄心４相当部のコイル絶縁層５表面外周に、前記テープ又はシート８ａ，８ｂの凹凸部がスロット３の内壁に接するように巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成するため、コイル２の鉄心スロット３への出し入れ時に積層鉄心面の微小な凹凸部との摩擦（擦れ）等が前記テープ又はシート８ａ，８ｂの粘弾性樹脂の凹凸部により緩和されるので、前記低抵抗コロナ防止層６が損傷することが無い。

更に、粘弾性樹脂として高耐熱性のシリコーンゴム或いはシリコーン変性ポリマー等を用いているので優れた耐熱劣化特性を有する。さらにまた、織布基材を用いた前記テープ又はシート８ａは、積層鉄心面の微小な凹凸部を受ける幅方向に機械的強度の高いガラス繊維又はアルミナ繊維が配置されるので、前記低抵抗コロナ防止層６の損傷防止効果が大きい。なお、前記テープ又はシート８ａ，８ｂの両面に凹凸部を形成しても上記と同様な効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施例では、図３に示すように、熱収縮性の高分子フィルム１０の両面に半導電性樹脂１１を塗布し、その表面をエンボス加工により凸凹部７ｂを形成して硬化させた低抵抗コロナ防止テープ又はシート８ｃを、固定子コイル２の固定子鉄心４相当部のコイル絶縁層５表面外周に巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成するものである。

ここで、熱収縮性の高分子フィルム１０として、耐熱性及び機械的強度に優れたポリエチレンナフタレート（例えば、帝人社製テオネックス）を用いた。そして、加熱硬化型のエポキシ樹脂組成物（例えば、ＤＥＮ４３８とエピコート１００１及び橋本化成製ＢＦ３−４００）にカーボン粉末を配合し、表面抵抗率が１０²〜１０³Ω程度に調整した後、更に四級アンモニウムイオンが層間に挿入されている層状粘土鉱物（例えば、コープケミカル社製ＳＴＮ）を３本ロールミル混合機で均一に分散させた半導電性樹脂１１を前記熱収縮性の高分子フィルム１０の両面に塗布し、さらにその表面をエンボス加工により凸凹部７ｂを形成後、加熱硬化させて低抵抗コロナ防止テープ８ｃを製作した。

このようにして得られた低抵抗コロナ防止テープ８ｃ（このテープを用いたコイルを実施例２という）と、カーボン粉末等が配合された半導電性塗料をポリエステルフィルムの片面に塗布して硬化させた従来の低抵抗コロナ防止テープ（このテープを用いたコイルを比較例１という）を用いて、以下の各試験を実施した。

まず、10mm×50mm×800mmアルミニウム角棒に１／２重ね巻きで未含浸の集成マイカテープを巻回して絶縁厚が同じになるように形成し、その絶縁範囲の中央部300mm長さに各低抵抗コロナ防止テープを１／２重ね１回巻きして未含浸コイルを得た。この各未含浸コイルを用いて、実機縮尺鉄心モデルスロットでコイルの出し入れを繰り返し行い、低抵抗コロナ防止層の損傷の有無を確認した。その結果、比較例１の未含浸コイルの低抵抗コロナ防止層には一部に切り傷や捲れ等が観察されたが、実施例２の未含浸コイルの低抵抗コロナ防止層には切り傷や捲れ等は観察されなかった。

次に、前記と同様にして各未含浸コイルを複数本製作して、更にその上に鉄板を当てて模擬スロットを形成し、無溶剤のビスフェノールＡ系エポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤から成る熱硬化性エポキシ樹脂を用いて真空加圧含浸処理した後、一部のコイルについては絶縁層の切開試験を行い樹脂の含浸状態を確認した。それ以外のコイルはそのまま加熱硬化して電圧−ｔａｎδ特性試験を行った。

まず、絶縁層の切開試験結果は、比較例１の含浸コイルは低抵抗コロナ防止テープの重複する層間部分に樹脂の未含浸部が確認されたが、実施例２の含浸コイルはコロナ防止テープと絶縁層との界面或いは低抵抗コロナ防止テープの重複する層間部共に未含浸部は認められなかった。また、電圧−ｔａｎδ特性試験結果は図４に示すように、実施例２の含浸コイルの方が比較例１の含浸コイルより低値であった。

更に、加熱硬化させた各コイルの低抵抗コロナ防止層を採取し、下記に示す方法で加熱減量測定を行った。すなわち、各コイルの低抵抗コロナ防止層片を180℃の恒温槽に入れ、一定時間経過ごとに取り出し、デシケーター中で室温に戻した後、その重量を測定した。図５は、その測定結果を示したものである。図５から明らかなように、実施例２の低抵抗コロナ防止テープ８ｃから成る低抵抗コロナ防止層は、従来技術による比較例１に比べて、熱劣化による重量減少が小さく、優れた耐熱劣化特性を有していることがわかる。

以上の結果が示す様に、本実施例の固定子コイルは低抵抗コロナ防止テープ又はシート８ｃの基材に熱収縮性の高分子フィルム１０を用いており、その両面の半導電性樹脂１１の層に凸凹部７ｂが形成されているため、テープ又はシート８ｃをコイルに巻回した時、その重複部分に含浸樹脂が通ることのできる微小隙間が形成されるので、テープ又はシート８ｃ同士が密着することが無く、含浸樹脂を含浸・硬化する際に、絶縁層５内又は低抵抗コロナ防止層６と絶縁層５との界面に含浸樹脂の流出による剥離やボイドが発生することが無い。

また、コイルの鉄心スロットへの出し入れ時に積層鉄心面の微小な凹凸部との摩擦（擦れ）等がテープ又はシート８ｃの凹凸部７ｂにより緩和されるので、低抵抗コロナ防止層６を損傷することが無い。更に、均一に分散した半導電性樹脂層１１中の層状粘土鉱物により、空気中の酸素が樹脂中へ侵入・拡散することを抑制するガスバリア効果が発現されるために、優れた耐熱劣化特性を有する。

なお、テープ又はシート８ｃの片面だけに半導電性樹脂１１を塗布し凹凸部７ｂを形成して、その凹凸部７ｂが鉄心壁に接するように巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成しても上記と同様な効果が得られる。

従来および本発明の実施例の回転電機の固定子コイルを固定子鉄心スロットに納めた状態を示す断面図。 本発明の第１の実施例による低抵抗コロナ防止テープまたはシートを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。 本発明の第２の実施例による低抵抗コロナ防止テープまたはシートを示す断面図。 本発明の第１および第２の実施例および比較例のコイル絶縁の電圧−ｔａｎδ特性図。 本発明の第２の実施例および比較例のコイル絶縁層上に形成された低抵抗コロナ防止層の加熱減量の測定図。

符号の説明

１…素線束、２…固定子コイル、３…固定子鉄心スロット、４…固定子鉄心、５…コイル絶縁層、６…低抵抗コロナ防止層、７ａ，７ｂ…凹凸部、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…低抵抗コロナ防止テープ又はシート、９…基材、１０…高分子フィルム、１１…半導電性樹脂。

Claims (8)

1. 織布又は不織布基材に半導電性の粘弾性樹脂を含浸して樹脂含浸組成物を形成し、前記樹脂含浸組成物の片面または両面にエンボス加工により凸凹部を形成して硬化させてなる低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
2. 前記織布基材は、ガラス繊維又はアルミナ繊維が幅方向に配置され、熱収縮性のポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートの繊維が長手方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
3. 前記不織布基材は、熱収縮性のポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートの繊維からなることを特徴とする請求項１記載の低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
4. 前記粘弾性樹脂は、カーボン紛を配合したシリコーンゴムまたはシリコーン変性ポリマーからなることを特徴とする請求項１記載の低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
5. 熱収縮性の高分子フィルムの片面または両面に半導電性樹脂を塗布して樹脂塗布フィルムを形成し、前記樹脂塗布フィルムの表面にエンボス加工により凸凹部を形成して硬化させてなる低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
6. 前記高分子フィルムはポリエチレンナフタレートからなることを特徴とする請求項５記載の低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
7. 前記半導電性樹脂は、カーボン粉末と層状粘土鉱物を配合した加熱硬化型のエポキシ樹脂組成物から成ることを特徴とする請求項５記載の低抵抗コロナ防止テープまたはシート。
8. 絶縁被覆が施された素線束上に未含浸の集成マイカテープを多重巻回して成る固定子コイルを固定子鉄心のスロットに収納結線後、前記固定子鉄心ごと熱硬化性樹脂中に浸漬して真空加圧含浸処理後、加熱硬化して成る回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの固定子鉄心相当部絶縁層表面外周に請求項１または５に記載の低抵抗コロナ防止テープ又はシートを前記エンボス加工面がスロット壁に接するように巻回して低抵抗コロナ防止層を形成したことを特徴とする回転電機の固定子コイル。
   
   

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