JP2006262559A - Coil of rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低抵抗コロナ防止層を備え、同期機や直流機の電機子コイル、誘導電動機の固定子コイル等として用いられる回転電機のコイルに関する。 The present invention relates to a coil of a rotating electric machine that includes a low-resistance corona prevention layer and is used as an armature coil of a synchronous machine or a DC machine, a stator coil of an induction motor, or the like.
おおよそ定格電圧3000V以上の高電圧回転電機においては、コイル絶縁外面と鉄心との間に生じる空隙による放電劣化の抑制、あるいはコイル絶縁内の電界を均一化するために、電機子コイル最外層にコロナ防止層と呼ばれる導電性の層を設けている。こうすると、電界のべき乗で作用する放電劣化による絶縁特性の劣化を低減してコイル絶縁厚さを薄くでき、機器の小型軽量化、高出力密度化を達成することができる(特許文献1参照)。 In a high-voltage rotating electrical machine with a rated voltage of 3000 V or higher, the corona is placed on the outermost layer of the armature coil in order to suppress discharge deterioration due to the gap generated between the coil insulation outer surface and the iron core, or to equalize the electric field in the coil insulation. A conductive layer called a prevention layer is provided. This reduces the deterioration of the insulation characteristics due to the deterioration of the discharge acting by the power of the electric field, so that the coil insulation thickness can be reduced, and the device can be reduced in size and weight, and the output density can be increased (see Patent Document 1). .
一方、定格電圧が1500V以下である車両用主電動機では、電圧が低く放電劣化の影響がより少ないのでコロナ防止層を採用しない場合が多い。しかし、高電圧回転電機の多くが運転温度155℃以下であるのに対し、車両用主電動機では220℃で運転される場合があり、より耐熱性の高い絶縁システムが採用されている。 On the other hand, a vehicular main motor having a rated voltage of 1500 V or less often does not employ a corona prevention layer because the voltage is low and the influence of discharge deterioration is less. However, while many high-voltage rotating electrical machines have an operating temperature of 155 ° C. or lower, a vehicular main motor may be operated at 220 ° C., and an insulation system with higher heat resistance is employed.
近年、海外の一部の地域では3000Vで駆動される車両用主電動機の需要が増加している。電圧が高くなるため放電劣化の影響が懸念され、例えば220℃以上で運転可能な耐熱性に優れたコロナ防止層と、それを用いた回転電機が望まれている。
目的の運転温度以上、例えば上述のように220℃以上で運転可能な耐熱性に優れたコロナ防止層を得るにはいくつかの方法が考えられる。一つは、目的の運転温度以上の耐熱性を有する材料のみを使って導電性テープおよびシートを構成する方法、もう一つは含浸樹脂との組み合わせでシステムとして耐熱性を確保する方法である。このうち後者については、現状以上の耐熱性を有する含浸樹脂を用いて、耐熱性の低いコロナ防止テープを補う方法、そして現行の含浸樹脂と現行の耐熱性の低いコロナ防止テープとを組み合わせることによって、システムとして耐熱性を確保する方法に分けられる。 Several methods are conceivable for obtaining a corona-preventing layer having excellent heat resistance that can be operated at a target operating temperature or higher, for example, 220 ° C. or higher as described above. One is a method of forming a conductive tape and a sheet using only a material having a heat resistance equal to or higher than a target operating temperature, and the other is a method for ensuring heat resistance as a system in combination with an impregnating resin. For the latter of these, by using an impregnating resin having a heat resistance higher than the current level, a method for supplementing the corona-preventing tape with low heat resistance, and combining the current impregnating resin with the current corona-preventing tape with low heat resistance The system can be divided into methods for ensuring heat resistance.
一般に回転電機のコイル絶縁については長期にわたる評価を必要とし、また新規に開発した材料は、想定外の原因により使用時に問題を生じるケースもある。よって、新規に絶縁材料を開発するのではなく、これまで実績のある含浸樹脂や低抵抗コロナ防止材料を用い、その組み合わせによって所定の特性を備え、目的の運転温度で運用可能な耐熱性を有するコロナ防止層およびそれを用いた回転電機のコイルが望まれている。 In general, coil insulation of rotating electrical machines requires long-term evaluation, and newly developed materials may cause problems during use due to unexpected causes. Therefore, instead of developing a new insulating material, we use impregnated resin and low-resistance corona-preventing materials that have been proven so far. A corona-preventing layer and a rotating electric machine coil using the same are desired.
本発明はこのような事情に鑑み、安定したコロナ防止機能を有して課電寿命特性および耐熱性の優れた回転電機のコイルを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a coil for a rotating electrical machine having a stable corona prevention function and having excellent electric charging life characteristics and heat resistance.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、絶縁被覆が施された絶縁電線を複数本集束してなるコイル導体と、前記コイル導体の外周に形成されたマイカ絶縁層と、前記マイカ絶縁層の外周に形成された低抵抗コロナ防止層とを備え、前記低抵抗コロナ防止層は、導電性のテープあるいはシートと、前記導電性のテープあるいはシートに含浸され硬化した含浸樹脂とを備え、前記導電性のテープあるいはシートは無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布または含浸してなり、前記含浸樹脂としてポリイミド変成エポキシ樹脂が用いられている構成とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
本発明によれば、安定したコロナ防止機能を有して課電寿命特性および耐熱性の優れた回転電機のコイルを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can provide the coil of the rotary electric machine which has the stable corona prevention function and was excellent in the electrical charging lifetime characteristic and heat resistance.
本実施の形態に係る回転電機のコイルは、図1に示すように、絶縁被覆が施された絶縁電線を複数本集束してなるコイル導体7に、剥がしマイカあるいは集成マイカの少なくとも一つから構成されるマイカ層と、有機繊維、有機フィルムあるいは無機繊維の少なくとも一つから構成されるマイカ層の補強材と、これらを一体化せしめる熱硬化性あるいは熱可塑性の高分子樹脂とを必要最低限の構成材料としたマイカテープあるいはマイカシートを少なくとも巻回してマイカ絶縁層5を形成し、さらに最外層に導電性を有するテープあるいはシートを巻回して低抵抗コロナ防止層6を形成する。低抵抗コロナ防止層6を形成する導電性テープあるいはシートは、無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布あるいは含浸することによって形成し、マイカ絶縁層5および低抵抗コロナ防止層6の含浸樹脂としてポリイミド変成エポキシ樹脂を用いる。
As shown in FIG. 1, the coil of the rotating electrical machine according to the present embodiment is composed of at least one of peeled mica or laminated mica on a
このような構成によって、例えば220℃、20000時間相当の熱劣化後においても、低抵抗コロナ防止層6の構成材料の熱分解・劣化が少なくその機能を失うことの少ない回転電機のコイルを提供することができる。
With such a configuration, for example, a coil for a rotating electrical machine is provided in which the constituent material of the low-resistance
また本実施の形態においては、低抵抗コロナ防止層6の表面抵抗率を50Ω〜10,000Ωとすることにより、熱劣化後においても鉄心とコイル表面を同電位に保ってコロナ防止機能を有するだけではなく、運転中の回転電機に生じる磁束によってコイル表面の低抵抗コロナ防止層6に発生する渦電流損を抑制することができる。
In the present embodiment, the surface resistivity of the low-resistance
以下、本実施の形態の回転電機のコイルを実施例と比較例とを対比して説明する。 Hereinafter, the coil of the rotating electrical machine of the present embodiment will be described by comparing an example with a comparative example.
(実施例)
図1,2,3を参照して説明する。
図2に示すように、本実施の形態に係る回転電機のコイルの構成材料の一つである硬質無焼成集成マイカテープ1(t(厚さ)1.0mm×w(幅)17mm)は、マスコバイトを原料とした硬質無焼成集成マイカペーパー2とポリイミドフィルム3(東レ・デュポン製 公称厚さ25μm、type H)に、マイカテープ接着剤4としてシリコーン樹脂を含浸・硬化して貼り合わせて製造される。
(Example)
This will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, hard unfired laminated mica tape 1 (t (thickness) 1.0 mm × w (width) 17 mm), which is one of the constituent materials of the coil of the rotating electrical machine according to the present embodiment, is It is manufactured by impregnating and curing silicone resin as
このようにして得られた硬質無焼成集成マイカテープ1を、図1に示すように、ポリイミドフィルムで巻回された絶縁被覆平角電線を束ねてなるコイル導体7(12×16×400mm)の全長にわたって、当該マイカテープ1がテープ幅の1/2分だけ重なるようにして4回巻回し、その上に幅17mmのポリイミドテープ(東レ・デュポン製 公称厚さ25μm、typeH)を同じく1/2重ねで4回巻回してポリイミドテープ絶縁層8を形成する。
The total length of the coil conductor 7 (12 × 16 × 400 mm) formed by bundling the insulation-coated rectangular electric wire wound with the polyimide film as shown in FIG. Then, the
次に、図3に示すようなガラスクロス14に不飽和ポリエステル樹脂15とカーボン粒子16からなる導電性塗料を塗布して形成した導電性テープ17(t0.1×w25)を、コイル中央部の230mmの範囲に、1/2重ねで1回巻回し、鉄心10が導電性テープ17の巻回範囲になるように鉄心10に収め、楔11で固定した後、イミド変成エポキシ樹脂組成物12(TVB2711、京セラケミカル製)を真空加圧含浸した。導電性テープ17の巻回部分が低抵抗コロナ防止層6を形成する。真空引きの条件は10.0Paで1時間、加圧は0.5MPaで0.5時間である。
Next, a conductive tape 17 (t0.1 × w25) formed by applying a conductive paint composed of
その後、熱風循環式恒温槽にて加熱硬化し、低抵抗コロナ防止層6を有する回転電機のコイルを得た。加熱硬化は熱風循環式恒温槽にて180℃、20時間で実施した。
Then, the coil of the rotary electric machine which has heat-hardened in the hot-air circulation type thermostat, and has the low resistance
(比較例)
図4に示すように、上記実施例における導電性テープ17の代りにガラスクロス(t0.1×w0.25)を1/2重ねで1回巻回してガラスクロス絶縁層9を形成し、鉄心10のスロット内にコイルを収めた。その後は上記実施例と同様に処理し、コロナ防止層を有しない回転電機のコイルを得た。
(Comparative example)
As shown in FIG. 4, instead of the conductive tape 17 in the above embodiment, a glass cloth (t0.1 × w0.25) is wound once in a 1/2 layer to form a glass
このようにして得られた比較例と実施例の両コイルについて、それぞれ鉄心10を接地し、コイル導体7に3種類の交流電圧(50Hz)を常温にて印加した。そして、地絡するまでの時間、つまり課電寿命を測定し、比較した。その結果を図5に示す。比較例と実施例それぞれのコイルにつき、測定電圧毎にそれぞれ10本のコイルで評価している。そしてそれぞれのコイルの課電寿命をワイブル分布によって統計処理した50%破壊確率値を、最小二乗法で処理した近似曲線を示している。図5から、不飽和ポリエステル樹脂を用いて作製した導電性テープ17を用いた実施例は、導電性テープ17を用いない比較例に比較して約3倍課電寿命が増加していることを確認できる。
For both coils of the comparative example and the example thus obtained, the
次に、熱風循環式恒温槽にて実施例のコイルに220℃、20000時間相当の熱劣化を加えた。そして、コイル表面にあるコロナ防止層の表面抵抗率の経時変化を測定した。その結果を図6に示す。図6から、所定の熱劣化をさせても、不飽和ポリエステルを用いた導電性テープ17を巻回し、イミド変成エポキシ樹脂組成物12を含浸樹脂として用いた実施例のコイルは、コイル表面のコロナ防止層の表面抵抗率は安定していることが確認できる。
Next, thermal deterioration corresponding to 20000 hours at 220 ° C. was applied to the coil of the example in a hot air circulating thermostat. And the time-dependent change of the surface resistivity of the corona prevention layer in the coil surface was measured. The result is shown in FIG. FIG. 6 shows that the coil of the example in which the conductive tape 17 using the unsaturated polyester was wound and the imide-modified
最後に、比較例と実施例の両コイルについて、220℃、20000時間相当の熱劣化を加えた後に、所定の電圧で課電試験を実施し、課電寿命を測定した。その結果を図7に示す。図7から、熱劣化後の課電劣化においても、実施例は比較例に比較して約3倍の寿命延長の効果があることを確認できる。 Finally, both the coils of the comparative example and the example were subjected to thermal degradation corresponding to 20000 hours at 220 ° C., and then an electric charging test was performed at a predetermined voltage to measure the electric charging life. The result is shown in FIG. From FIG. 7, it can be confirmed that the example has an effect of extending the life about three times as compared with the comparative example even in the power deterioration after the thermal deterioration.
以上のように、無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布してなる導電性テープあるいはシートと、ポリイミド変成エポキシ樹脂からなる含浸樹脂とを組み合わせて用いることにより、構成材料の熱分解と劣化が少なくその機能を失うことの少ない低抵抗コロナ防止層が得られ、コイルの課電寿命が延長され、ひいては回転電機の小型軽量化や出力密度の向上を図ることができる。 As described above, a conductive tape or sheet obtained by applying a conductive paint having at least an unsaturated polyester resin as a component to a substrate made of inorganic fibers and an impregnated resin made of a polyimide-modified epoxy resin are used in combination. As a result, a low-resistance corona-preventing layer with less thermal decomposition and deterioration of the constituent material and less loss of its function can be obtained, extending the life of the coil, and reducing the size and weight of the rotating electrical machine and improving the output density. Can be planned.
1…硬質無焼成集成マイカテープ、2…硬質無焼成集成マイカペーパー、2a…マイカ片、3…ポリイミドフィルム、4…マイカテープ接着剤、5…マイカ絶縁層、6…低抵抗コロナ防止層、7…コイル導体、8…ポリイミドテープ絶縁層、9…ガラスクロス絶縁層、10…鉄心、11…楔、12…イミド変成エポキシ樹脂組成物、14…ガラスクロス、15…不飽和ポリエステル樹脂、16…カーボン粒子、17…導電性テープ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
2. The rotating electrical machine coil according to claim 1, wherein the low resistivity corona prevention layer has a surface resistivity of 50 [Omega] to 10,000 [Omega].
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7973243B2 (en) | 2007-03-06 | 2011-07-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Coil insulator, armature coil insulated by the coil insulator and electrical rotating machine having the armature coil |
Citations (3)
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JPH08182269A (en) * | 1994-12-27 | 1996-07-12 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | Manufacture of high voltage rotary machine |
JPH0956097A (en) * | 1995-08-10 | 1997-02-25 | Toshiba Corp | Insulated coil for rotating electric machine and its manufacture |
JP2004266964A (en) * | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacturing method of stator coil for rotating electric machine |
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- 2005-03-15 JP JP2005073125A patent/JP2006262559A/en active Pending
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