JP2010158113A - Electrical insulating member, stator coil for rotating electrical machine, and rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水車発電機やタービン発電機などの回転電機のコイル導体束に巻回される電気絶縁部材、この電気絶縁部材が巻回された回転電機用固定子コイル、この固定子コイルを備える回転電機に関する。 The present invention includes an electrical insulating member wound around a coil conductor bundle of a rotating electrical machine such as a water turbine generator or a turbine generator, a stator coil for a rotating electrical machine around which the electrical insulating member is wound, and the stator coil. It relates to a rotating electrical machine.
水車発電機やタービン発電機等の回転電機では、固定子鉄心の固定子スロット内に挿入配置された固定子コイルが、そのコイル導体自身に流れる電流と、固定子鉄心を磁路とした磁束の内の固定子スロットを横切る成分との相互作用により、機械軸の半径方向に発生する電源周波数の2倍の電磁力を受けて振動する。また、回転電機では、運転中におけるコイル導体束に大電流が流れることでジュール熱を生じる。 In a rotating electrical machine such as a turbine generator or a turbine generator, a stator coil inserted in a stator slot of a stator core has a current flowing through the coil conductor itself and a magnetic flux that uses the stator core as a magnetic path. Due to the interaction with the component crossing the inner stator slot, it vibrates by receiving an electromagnetic force twice the power frequency generated in the radial direction of the machine shaft. In a rotating electrical machine, Joule heat is generated by a large current flowing through a coil conductor bundle during operation.
図6は、固定子スロット301内に固定子コイル302が収容された従来の固定子鉄心300の断面を模式的に示した図である。
FIG. 6 is a view schematically showing a cross section of a
図6に示すように、固定子鉄心300に形成された断面矩形状の固定子スロット301内に、固定子コイル302が配置されている。固定子コイル302は、主として、コイル導体束303と、このコイル導体束303の外周面に形成された電気絶縁層304とから構成されている。また、固定子コイル302の上下方向への移動を防ぐためにスペーサ305を配置し、固定子コイル302の横方向への移動を防ぐためにスペーサ部材306を配置し、楔307によって固定されている。
As shown in FIG. 6, a
上記したように、コイル導体束303にはジュール熱が発生し、このジュール熱は、コイル導体束303の外周面に形成された電気絶縁層304を介して固定子鉄心300へ伝達される。一方、電気絶縁層304によって、コイル導体束303と固定子鉄心300間の電気絶縁が維持されている。このように、電気絶縁層304には、電気絶縁特性が求められるとともに、優れた熱伝導性が要求される。
As described above, Joule heat is generated in the
これらの要求である、高電圧に耐える電気絶縁特性と高熱伝導性とを両立させるために、電気絶縁特性に優れたマイカ絶縁層に、高熱伝導率の充填材を含有する高熱伝導充填材層を積層した絶縁テープをコイル導体束の周囲に巻回して電気絶縁層を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to achieve both of these requirements, electrical insulation properties that can withstand high voltages and high thermal conductivity, a high thermal conductivity filler layer containing a filler with high thermal conductivity is added to the mica insulation layer with excellent electrical insulation properties. A technique is disclosed in which an insulating layer is formed by winding a laminated insulating tape around a coil conductor bundle (see, for example, Patent Document 1).
また、発電機や電動機の固定子コイルにおける絶縁においては、その機器の様々な使用環境下によって、機器運転中に電気的、機械的、熱的なストレスを受ける。例えば、固定子コイルにかかるストレスによって、電気絶縁層の表面のコロナ防止層が劣化することが報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。この報告は、実機を模擬するための加速試験であるが、実機環境でも同様の現象が生じると考えられる。コロナ防止層が劣化した部位においては、部分放電の誘発およびマイカ絶縁層の表面の露出により、マイカ絶縁層の劣化が加速される。そこで、実機の絶縁設計においては、マイカ絶縁層は、機器運転中に加わる電気、熱、機械ストレスに対して十分に余裕をもって設計されている。しかしながら、様々な外的要因等によって、上記した報告のように、マイカ絶縁層の劣化現象が生じることがある。
上記した従来のような、マイカ絶縁層および高熱伝導充填材層を有する電気絶縁層においても、機器運転中において上記したように劣化が生じることは十分に予想される。この場合、高熱伝導充填材層を備えず、マイカ絶縁層からなる従来の電気絶縁層と比較して、次に示すような、新たな問題が生じる可能性がある。 Even in the electrical insulation layer having the mica insulation layer and the high thermal conductive filler layer as described above, it is sufficiently expected that the deterioration occurs as described above during the operation of the device. In this case, there is a possibility that a new problem as shown below may occur as compared with a conventional electric insulating layer that does not include a high thermal conductive filler layer and is formed of a mica insulating layer.
上記したマイカ絶縁層および高熱伝導充填材層を有する従来の電気絶縁層では、絶縁層全体の熱伝導率の向上のために、高熱伝導充填材層が主に寄与し、高電圧絶縁特性の向上のために、マイカ絶縁層が主に寄与している。いずれの場合も、さらに熱伝導率を向上させるためには、高熱伝導充填材層の充填材の割合を増加させることが有効である。しかしながら、従来の技術では充填率の増加は、電気絶縁特性を向上させる上で好ましくない。 In the conventional electrical insulating layer having the above-described mica insulating layer and high thermal conductive filler layer, the high thermal conductive filler layer mainly contributes to improving the high voltage insulation characteristics in order to improve the thermal conductivity of the entire insulating layer. For this reason, the mica insulating layer contributes mainly. In any case, in order to further improve the thermal conductivity, it is effective to increase the proportion of the filler in the high thermal conductive filler layer. However, in the conventional technique, an increase in the filling rate is not preferable for improving the electrical insulation characteristics.
すなわち、高熱伝導充填材層中の充填材は、主にフィラーと呼ばれる無機質の材料が用いられるが、フィラーの充填量を増加させると、高熱伝導充填材層の比誘電率が上昇する。この理由は、使用される無機充填材として代表的な酸化アルミニウムの比誘電率は、8程度であり、接着樹脂として主に使用されるエポキシ樹脂の比誘電率(3〜4程度)に比べて高いからである。接着樹脂とフィラーを混合したときの複合材としての誘電率は、Nielsenの式によって検証することができる。例えば、発明者らの検討では、エポキシ樹脂接着材に酸化アルミニウムを体積分率で50%以上充填したときの比誘電率は5.2程度であった。前述のNielsenの式では、フィラーの体積充填率の増加に伴い、複合材の比誘電率が増加する。放熱性を高めるためにはフィラーの体積分率を増加させて高熱伝導充填材層の熱伝導率を向上させなければならないが、一方で高熱伝導充填材層の比誘電率は増加する。 That is, an inorganic material called a filler is mainly used as the filler in the high thermal conductive filler layer, but when the filler filling amount is increased, the relative dielectric constant of the high thermal conductive filler layer is increased. This is because the relative dielectric constant of aluminum oxide, which is a typical inorganic filler used, is about 8, compared to the relative dielectric constant (about 3 to 4) of an epoxy resin mainly used as an adhesive resin. Because it is expensive. The dielectric constant of the composite material when the adhesive resin and filler are mixed can be verified by the Nielsen equation. For example, the inventors have studied that the dielectric constant when the epoxy resin adhesive is filled with 50% or more of aluminum oxide by volume fraction is about 5.2. In the Nielsen equation described above, the relative dielectric constant of the composite increases as the volume filling factor of the filler increases. In order to improve heat dissipation, the volume fraction of the filler must be increased to improve the thermal conductivity of the high thermal conductive filler layer, while the relative dielectric constant of the high thermal conductive filler layer increases.
回転電機の絶縁において、このような高熱伝導充填材層の比誘電率の増加は、好ましくない場合がある。水車発電機や電動機の場合、固定子コイルの表面の湿度は、使用環境雰囲気の湿度に近くなる。また、水力発電所においては、豪雨等によって発電所内に水が流入して、水車発電機が高湿度環境に晒されることもある。このような状況に加えて、さらに、前述の運転中におけるコロナ防止層の劣化が生じると、高熱伝導充填材層の表面が高湿度環境に晒され、電気絶縁特性が低下する。高熱伝導充填材層の表面が高湿度環境に晒された状態においては、表面における水分、すなわち水分子の付着性が電気絶縁特性に影響を及ぼすと考えられる。 In the insulation of a rotating electrical machine, such an increase in the relative dielectric constant of the high thermal conductive filler layer may not be preferable. In the case of a turbine generator or an electric motor, the humidity of the surface of the stator coil is close to the humidity of the use environment atmosphere. In a hydroelectric power plant, water may flow into the power plant due to heavy rain and the water turbine generator may be exposed to a high humidity environment. In addition to such a situation, when the corona prevention layer is deteriorated during the above-described operation, the surface of the high thermal conductive filler layer is exposed to a high humidity environment, and the electrical insulation characteristics are deteriorated. In the state where the surface of the high thermal conductive filler layer is exposed to a high humidity environment, it is considered that the moisture on the surface, that is, the adhesion of water molecules, affects the electrical insulation characteristics.
付着性を示す指標として、一般的には水のぬれ性が挙げられる。表面のぬれ性を制御する手法としては、表面にぬれ性の低い材料を塗布する等の表面処理を行うことが一般である。しかしながら、コロナ防止層が劣化した環境においては、表面処理成分もコロナ放電等により劣化することが考えられる。すなわち、高熱伝導充填材層の材料自身のぬれ性が重要となる。材料の水分子に対するぬれ性は、材料の水酸基(OH基)に代表される親水性の部位による水素結合、あるいは水分子の双極子による材料の分極に影響される。材料の分極のしやすさを示す指標としては、比誘電率がある。 In general, the wettability of water is an example of an index indicating adhesion. As a method for controlling the wettability of the surface, it is common to perform a surface treatment such as applying a material with low wettability to the surface. However, in an environment where the corona-preventing layer is deteriorated, the surface treatment component may be deteriorated due to corona discharge or the like. That is, the wettability of the material of the high thermal conductive filler layer is important. The wettability of a material with respect to water molecules is affected by hydrogen bonding due to a hydrophilic portion typified by a hydroxyl group (OH group) of the material or polarization of the material due to a dipole of the water molecule. As an index indicating the ease of polarization of a material, there is a relative dielectric constant.
ここで、一般的に、極性基の割合が高いと誘電率が高くなる。また、付着性を維持するためにぬれ性が必要となり、そのためには極性基が必要となる。一般に、誘電率とぬれ性には相関があり、比誘電率の高い材料はぬれ性がよく、比誘電率の低い材料はぬれ性に劣る傾向がある。 Here, generally, when the proportion of polar groups is high, the dielectric constant increases. Moreover, in order to maintain adhesiveness, wettability is required, and for that purpose, a polar group is required. In general, there is a correlation between dielectric constant and wettability, and a material with a high relative dielectric constant tends to have good wettability, and a material with a low relative dielectric constant tends to be poor.
この理由は、双極子モーメント間の相互作用によって説明付けられる。水分子の双極子モーメントは、1.85D(DはDebye)と大きい(例えば、Atkins著の物理化学要論(第4版、東京化学同人)p388参照)。また、対象材料である双極子モーメントと比誘電率の関係は、クラウジウス−モソッティの関係式(分極率と誘電率の関係)および分極率が双極子モーメントに比例することから示され、比誘電率の大きな材料ほど双極子モーメントが大きいといえる。すなわち、双極子モーメントの大きい水分子と、比誘電率の高い(双極子モーメントの大きい)材料間には、双極子間相互作用による引力が大きく作用する。このような理由から、比誘電率の高い材料ほど水へのぬれ性がよくなる。また、比誘電率の低い材料(例えば テフロン(登録商標)やポリエチレン)はぬれ性が悪い。 This reason is explained by the interaction between dipole moments. The dipole moment of the water molecule is as large as 1.85D (D is Debye) (see, for example, Physics and Chemistry Theory (4th edition, Tokyo Kagaku Dojin) by Atkins p388). In addition, the relationship between the target material dipole moment and relative permittivity is shown by the Clausius-Mosotti relation (relation between polarizability and permittivity) and the fact that the polarizability is proportional to the dipole moment. It can be said that the larger the material, the greater the dipole moment. That is, an attractive force due to the interaction between dipoles acts between a water molecule having a large dipole moment and a material having a high relative dielectric constant (a large dipole moment). For these reasons, the higher the relative dielectric constant, the better the wettability with water. In addition, a material having a low relative dielectric constant (for example, Teflon (registered trademark) or polyethylene) has poor wettability.
そのため、高熱伝導充填材層のフィラーの体積分率を向上させることによって放熱性を高めることは可能であるが、フィラーの比誘電率が高い場合は、高湿度環境において電気絶縁特性が低下するという問題を生じる。このように、従来の回転電機における電気絶縁層において、高湿度環境下において、電気絶縁特性と高熱伝導性との双方に優れた特性を備えることは難しかった。 Therefore, it is possible to improve the heat dissipation by improving the volume fraction of the filler in the high thermal conductive filler layer, but if the relative dielectric constant of the filler is high, the electrical insulation characteristics are reduced in a high humidity environment. Cause problems. As described above, it has been difficult for an electrical insulating layer in a conventional rotating electrical machine to have excellent electrical insulation characteristics and high thermal conductivity in a high humidity environment.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高湿度環境の下においても、優れた電気絶縁特性および高熱伝導性を発揮することができる電気絶縁部材、回転電機用固定子コイルおよび回転電機を提供すること目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and is an electrical insulating member that can exhibit excellent electrical insulation characteristics and high thermal conductivity even in a high humidity environment. An object is to provide a child coil and a rotating electric machine.
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、回転電機の固定子コイルの導体束に巻回され電気絶縁層を形成する電気絶縁部材であって、補強基材と、前記補強基材の一方の表面に形成され、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4〜10の無機質充填材を40〜70体積%含有する熱硬化性樹脂からなる低比誘電率熱伝導層と、前記補強基材の他方の表面に形成され、マイカに熱硬化性樹脂を含浸してなるマイカ層とを備え、前記低比誘電率熱伝導層の、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4以下、かつ厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上であり、電気絶縁部材全体における厚さ方向の熱伝導率が0.35W/m・K以上であることを特徴とする電気絶縁部材が提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided an electrical insulation member that is wound around a conductor bundle of a stator coil of a rotating electrical machine to form an electrical insulation layer, comprising a reinforcing base and the reinforcement A low relative dielectric constant heat conductive layer formed of a thermosetting resin formed on one surface of a base material and containing 40 to 70% by volume of an inorganic filler having a relative dielectric constant of 4 to 10 at a measurement frequency of 50 to 60 Hz; And a mica layer formed on the other surface of the reinforcing substrate and impregnating mica with a thermosetting resin, and the relative dielectric constant of the low relative dielectric constant heat conductive layer at a measurement frequency of 50 to 60 Hz. 4 or less, the thermal conductivity in the thickness direction is 2 W / m · K or more, and the thermal conductivity in the thickness direction of the entire electrical insulating member is 0.35 W / m · K or more. An electrically insulating member is provided.
また、本発明の一態様によれば、導体束に電気絶縁部材を巻回して電気絶縁層を形成してなる回転電機用固定子コイルであって、前記電気絶縁層を構成する少なくとも最も外側の層が、上記した電気絶縁部材を用いて形成されていることを特徴とする回転電機用固定子コイルが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a stator coil for a rotating electrical machine in which an electrical insulation member is wound around a conductor bundle to form an electrical insulation layer, wherein the outermost stator coil constitutes the electrical insulation layer. A stator coil for a rotating electrical machine is provided in which the layer is formed using the above-described electrical insulating member.
さらに、本発明の一態様によれば、導体束に電気絶縁部材を巻回して電気絶縁層を形成してなる回転電機用固定子コイルであって、前記電気絶縁層の外周面に、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4〜10の無機質充填材を40〜70体積%含有する熱硬化性樹脂からなり、測定周波数が50〜60Hzにおいて比誘電率が4以下、かつ厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上である電気絶縁樹脂層を備えることを特徴とする回転電機用固定子コイルが提供される。 Furthermore, according to one aspect of the present invention, there is provided a stator coil for a rotating electrical machine in which an electrical insulation member is wound around a conductor bundle to form an electrical insulation layer, and a measurement frequency is provided on an outer peripheral surface of the electrical insulation layer. Is made of a thermosetting resin containing 40 to 70% by volume of an inorganic filler having a relative dielectric constant of 4 to 10 at 50 to 60 Hz, and has a relative dielectric constant of 4 or less and a thickness direction of 50 to 60 Hz. There is provided a stator coil for a rotating electric machine comprising an electrically insulating resin layer having a thermal conductivity of 2 W / m · K or more.
また、本発明の一態様によれば、上記したいずれかの回転電機用固定子コイルを備えることを特徴とする回転電機が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a rotating electrical machine comprising any one of the above-described stator coils for a rotating electrical machine.
本発明の電気絶縁部材、回転電機用固定子コイルおよび回転電機によれば、高湿度環境の下においても、優れた電気絶縁特性および高熱伝導性を発揮することができる。 According to the electrical insulating member, the stator coil for a rotating electrical machine, and the rotating electrical machine of the present invention, excellent electrical insulation characteristics and high thermal conductivity can be exhibited even in a high humidity environment.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る一実施の形態の回転電機用の固定子コイル1を構成するコイル導体束11の周囲に形成された電気絶縁層10の断面を模式的に示す図である。図2は、本発明に係る一実施の形態の電気絶縁部材として機能する電気絶縁テープ20の断面を模式的に示した図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of an electrical insulating
図1に示すように、電気絶縁層10は、電気絶縁テープ20を所定の重なり幅で重なるようにして、素線束からなるコイル導体束11に複数回巻回することで形成される。
As shown in FIG. 1, the electrical insulating
図2に示すように、電気絶縁テープ20は、補強基材22と、この補強基材の一方の表面に形成された低比誘電率熱伝導層23と、補強基材22の他方の表面に形成されたマイカ層21とを備えている。
As shown in FIG. 2, the electrical insulating
マイカ層21は、マイカと、半硬化状態、すなわちBステージの初期状態の熱硬化性樹脂とからなる。マイカは、シート状に形成できるものであればいずれの種類でも使用することができる。マイカは、硬質マイカと軟質マイカに大別され、特に電気絶縁性を向上させるという観点からは硬質マイカを使用することが好ましい。
The
また、マイカ層21におけるマイカの含有率は、50〜60体積%であることが好ましい。この含有率の範囲が好ましいのは、マイカの含有率が50体積%を下回る場合および60体積%を超える場合ともに、マイカ層21の電気絶縁性が低下するからである。また、マイカ層21の厚さは、電気絶縁層10の形成時において、マイカ層21が破断しないこと、また作業性を損なわない程度の厚さに抑えることの理由から、50μm〜250μmが適当である。
Moreover, it is preferable that the content rate of the mica in the
マイカ層21を構成する熱硬化性樹脂として、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、イミド系樹脂などが用いられる。これらの樹脂のうち、作業性、耐熱性の観点からはエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
Examples of the thermosetting resin constituting the
また、熱硬化性樹脂に含まれる硬化剤として、例えば、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール類、ルイス酸塩、ブレンステッド酸塩などが用いられる。酸無水物系硬化剤として、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸などが挙げられる。これらのうち、熱硬化性樹脂の硬化反応の反応速度を速める硬化剤として、アルミニウムトリスエチルアセトアセテートなどの金属キレート化合物が挙げられる。アミン系硬化剤として、例えば、脂肪族ポリアミン、脂肪族ジアミン、芳香族ポリアミン、環状アミンなどが挙げられる。熱硬化性樹脂に対する硬化剤の添加量は、必要に応じて適宜設定することができる。 Moreover, as a hardening | curing agent contained in a thermosetting resin, an acid anhydride type hardening | curing agent, an amine type hardening | curing agent, imidazoles, Lewis acid salt, Bronsted acid salt etc. are used, for example. Examples of the acid anhydride curing agent include methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and methylnadic anhydride. Among these, a metal chelate compound such as aluminum trisethyl acetoacetate can be cited as a curing agent that accelerates the reaction rate of the curing reaction of the thermosetting resin. Examples of amine curing agents include aliphatic polyamines, aliphatic diamines, aromatic polyamines, and cyclic amines. The amount of the curing agent added to the thermosetting resin can be appropriately set as necessary.
補強基材22は、例えば、ガラスクロス、不織布などの繊維基材、フィルムなどで構成される。ガラスクロスは、目的に応じてガラスクロスの糸の太さや縦糸の本数を調整することができる。また、不織布としては、例えば、ガラス繊維不織布、ポリエステル繊維不織布などが挙げられる。また、補強基材22の厚さは、コイル導体束11に巻回する作業性の理由から、0.01mm〜0.1mmが適当である。
The
低比誘電率熱伝導層23は、高い熱伝導率を有して、電気絶縁性に優れていることが好ましい。また、低比誘電率熱伝導層23は、測定周波数が50〜60Hzにおいて、比誘電率が4以下、かつ厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上となるように構成されることが好ましい。なお、低比誘電率熱伝導層23は、半硬化状態、すなわちBステージの初期状態であることが好ましい。
The low relative dielectric constant heat
ここで、低比誘電率熱伝導層23が、測定周波数が50〜60Hzにおいて、比誘電率が4以下、かつ厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上となるように構成されることが好ましい理由を説明する。
Here, the low relative dielectric constant heat
高熱伝導層、マイカ層および補強基材からなる従来の電気絶縁テープにおいて、電気絶縁テープ全体における厚さ方向の熱伝導率は、0.2〜0.3W/m・Kであった。 発電機の電気絶縁層として適用した場合、電気絶縁テープ全体における厚さ方向の熱伝導率が、少なくとも0.35W/m・K以上、好ましくは0.4W/m・K以上でないと、従来の電気絶縁テープに比べて、熱伝導性に優れた電気絶縁テープとは言い難い。そこで、電気絶縁テープ20は、電気絶縁テープ20全体における厚さ方向の熱伝導率が0.35W/m・K以上となるように構成されている。電気絶縁テープ全体における厚さ方向の熱伝導率を0.35W/m・K以上とするために、発明者らが検討した結果、低比誘電率熱伝導層23における厚さ方向の熱伝導率を2W/m・K以上とすることが必要であることがわかった。また、低比誘電率熱伝導層23において、厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上となるように構成された場合、電気的絶縁性、特に高湿度環境における電気絶縁特性を維持するためには、比誘電率を4以下とし、ぬれ性を低下させることが好ましいことがわかった。
In a conventional electrical insulating tape composed of a high thermal conductive layer, a mica layer, and a reinforcing substrate, the thermal conductivity in the thickness direction of the entire electrical insulating tape was 0.2 to 0.3 W / m · K. When applied as an electrical insulating layer of a generator, the thermal conductivity in the thickness direction of the entire electrical insulating tape is at least 0.35 W / m · K or more, preferably 0.4 W / m · K or more. Compared to electrical insulation tape, it is hard to say that electrical insulation tape has excellent thermal conductivity. Therefore, the electrical insulating
なお、厚さ方向の熱伝導率は、例えば、JIS A 1412に準じて測定される。また、比誘電率は、JIS K 6911に準じて測定される。 The thermal conductivity in the thickness direction is measured according to JIS A 1412, for example. The relative dielectric constant is measured according to JIS K 6911.
そこで、低比誘電率熱伝導層23において、上記した比誘電率および熱伝導率を得るためには、低比誘電率熱伝導層23を構成する熱硬化性樹脂に、比誘電率が4〜10の無機質充填材を40〜70体積%含有するのが好ましい。なお、無機質充填材の含有率が40体積%よりも小さい場合には、低比誘電率熱伝導層23における厚さ方向の熱伝導率を2W/m・K以上とすることが困難となる。一方、無機質充填材の含有率が70体積%よりも大きい場合には、低比誘電率熱伝導層23を形成する際に作製する熱硬化性樹脂と無機質充填材とを混合したペーストの粘度が上昇するため、塗布等において補強基材22の表面に均一な厚さの低比誘電率熱伝導層23を形成することが困難となる。
Therefore, in order to obtain the above-described relative dielectric constant and thermal conductivity in the low relative dielectric constant thermal
低比誘電率熱伝導層23を構成する熱硬化性樹脂として、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、シリコーン系樹脂、イミド系樹脂などが用いられる。これらの樹脂のうち、作業性、耐熱性の観点からはエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
As the thermosetting resin constituting the low relative dielectric constant heat
また、熱硬化性樹脂に含まれる硬化剤として、例えば、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール類、ルイス酸塩、ブレンステッド酸塩などが用いられる。酸無水物系硬化剤として、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸などが挙げられる。これらのうち、熱硬化性樹脂の硬化反応の反応速度を速める硬化剤として、アルミニウムトリスエチルアセトアセテートなどの金属キレート化合物が挙げられる。アミン系硬化剤として、例えば、脂肪族ポリアミン、脂肪族ジアミン、芳香族ポリアミン、環状アミンなどが挙げられる。熱硬化性樹脂に対する硬化剤の添加量は、必要に応じて適宜設定することができる。 Moreover, as a hardening | curing agent contained in a thermosetting resin, an acid anhydride type hardening | curing agent, an amine type hardening | curing agent, imidazoles, Lewis acid salt, Bronsted acid salt etc. are used, for example. Examples of the acid anhydride curing agent include methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and methylnadic anhydride. Among these, a metal chelate compound such as aluminum trisethyl acetoacetate can be cited as a curing agent that accelerates the reaction rate of the curing reaction of the thermosetting resin. Examples of amine curing agents include aliphatic polyamines, aliphatic diamines, aromatic polyamines, and cyclic amines. The amount of the curing agent added to the thermosetting resin can be appropriately set as necessary.
無機質充填材は、低比誘電率熱伝導層23における熱伝導率を向上させるため、熱伝導性に優れた材料で形成されることが好ましい。一方で、上記したように、低比誘電率熱伝導層23における比誘電率は4以下に抑えられることが好ましい。そこで、無機質充填材として、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4〜10の無機質充填材である、六方晶窒化ホウ素、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。また、モースコードの低い、六方晶窒化ホウ素、水酸化アルミニウムなどを用いることは、補強基材22を傷つけないという観点からも好ましい。
In order to improve the thermal conductivity in the low relative dielectric constant thermal
また、無機質充填材の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、粒子状、繊維状などの形状が挙げられる。例えば、粒子状の場合、粒子の直径(以下、粒径という)が大きいものほど、比較的高充填化が可能であるが、粒径が大き過ぎると樹脂と混練後の沈降などの製造上の問題が生じる。そのため、粒子状の無機質充填材における平均粒径は、メジアン径(d50)で2μm〜20μmに設定されることが好ましい。ここで、メジアン径とは、粒径が小さい粒子からその体積を積算して50%に達した粒子の粒径(50%累積頻度粒径)である。なお、粒度分布は、レーザ回折法等の方法によって測定される。また、繊維状の場合、充填材の縦横比を示すアスペクト比は、成型時における粘度上昇を抑制する理由から、1〜4であることが好ましい。 In addition, the shape of the inorganic filler is not particularly limited, and examples thereof include particles and fibers. For example, in the case of particles, the larger the particle diameter (hereinafter referred to as the particle size), the higher the packing can be made. Problems arise. Therefore, the average particle diameter of the particulate inorganic filler is preferably set to 2 to 20 μm in terms of median diameter (d 50 ). Here, the median diameter is a particle diameter (50% cumulative frequency particle diameter) of particles that have reached 50% by integrating their volumes from particles having a small particle diameter. The particle size distribution is measured by a method such as a laser diffraction method. Moreover, in the case of a fibrous form, it is preferable that the aspect ratio which shows the aspect ratio of a filler is 1-4 from the reason for suppressing the viscosity raise at the time of shaping | molding.
次に、電気絶縁テープ20の作製方法について説明する。
Next, a method for producing the electrical insulating
まず、所定量の上記したマイカを、例えば水などの分散媒中に分散させ、混合し、濾過することによって堆積したシート状のマイカを形成する。ここで、シート状のマイカの形成の際に、堆積したシート状のマイカに圧力を負荷してもよい。 First, a predetermined amount of the above-mentioned mica is dispersed in a dispersion medium such as water, mixed, and filtered to form deposited sheet-like mica. Here, when the sheet-like mica is formed, pressure may be applied to the accumulated sheet-like mica.
続いて、この堆積したシート状のマイカに、熱硬化性樹脂を含浸させる。熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のマイカを加熱硬化して熱硬化性樹脂を半硬化状態にし、マイカ層21が作製される。
Subsequently, the accumulated sheet-like mica is impregnated with a thermosetting resin. The sheet-like mica impregnated with the thermosetting resin is heat-cured to make the thermosetting resin semi-cured, and the
続いて、このマイカ層21に補強基材22を積層して配置する。なお、上記したマイカ層21の形成を補強基材22上で行ってもよい。
Subsequently, the reinforcing
続いて、所定量の上記した無機質充填材に、硬化剤を含む、所定量の上記した熱硬化性樹脂を混合し、ペースト状の混合物を形成する。続いて、このペースト状の混合物を補強基材22の表面に塗布または含浸し、その後加熱硬化して熱硬化性樹脂を半硬化状態にして、低比誘電率熱伝導層23が形成され、電気絶縁テープ20が得られる。
Subsequently, a predetermined amount of the above-described thermosetting resin containing a curing agent is mixed with a predetermined amount of the above-described inorganic filler to form a paste-like mixture. Subsequently, the paste-like mixture is applied or impregnated on the surface of the reinforcing
ここで、補強基材22の一方の表面にペースト状の混合物を塗布または含浸し、マイカ層21に補強基材22の他方の表面が向かい合うように積層し、その後加熱硬化して、マイカ層21および低比誘電率熱伝導層23の熱硬化性樹脂を同時に半硬化状態にして、電気絶縁テープ20を得てもよい。なお、熱硬化性樹脂を半硬化状態とする、加熱温度や加熱時間などの条件は使用する熱硬化性樹脂の種類などに応じて適宜設定される。このようにして作製された電気絶縁テープ20の厚さは、100μm〜300μm程度である。
Here, a paste-like mixture is applied or impregnated on one surface of the reinforcing
また、図1に示すように、電気絶縁層10は、上記した電気絶縁テープ20を、例えば、電気絶縁テープ20の幅の1/2〜2/3程度の重なり幅で重なるようにして、素線束からなるコイル導体束11に複数回巻回することで形成されている。なお、重なり幅は、上記した範囲に限定されるものではなく、使用する用途に応じて適宜設定される。
As shown in FIG. 1, the electrical insulating
なお、上記したように電気絶縁層10が形成された固定子コイル1において優れた電気絶縁特性を維持するために、電気絶縁層10の厚さは、使用する材料、または固定子コイル1が使用される条件や用途等によって適宜に設定され、例えば、1mm〜5mm程度に設定される。
In addition, in order to maintain the excellent electric insulation characteristic in the
次に、上記したように作製された固定子コイル1を収容する回転電機の固定子スロット101について説明する。
Next, the
図3は、本発明に係る一実施の形態の固定子コイル1が収容された固定子鉄心100の断面を模式的に示した図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the
図3に示すように、固定子コイル1は、底部、固定子コイル間および固定子コイル1の上部にスペーサ110を配置して、固定子スロット101内に収容される。続いて、楔102が打ち込まれた後、固定子コイル1は、加熱され、電気絶縁層10を形成する電気絶縁テープ20の熱硬化性樹脂が硬化される。これによって、固定子コイル1は、固定子スロット101内に固定される。
As shown in FIG. 3, the
ここで、回転電機として、例えば水車発電機、風車発電機、蒸気タービン発電機などが挙げられ、これらに本発明に係る一実施の形態の電気絶縁テープ20や固定子コイル1を適用することができる。本発明に係る一実施の形態の電気絶縁テープ20や固定子コイル1は、特に、高湿度環境に晒されるような、水車発電機、風車発電機、地熱発電所の蒸気タービン発電機などに好適である。
Here, examples of the rotating electrical machine include a water turbine generator, a wind turbine generator, a steam turbine generator, and the like, and the electrical insulating
上記したように、本発明に係る一実施の形態の電気絶縁テープ20によれば、熱伝導率を向上させることができるとともに、表面側となる低比誘電率熱伝導層23の比誘電率を4以下にして、ぬれ性を低下させることができる。これによって、例えば、高湿度環境下においても、電気絶縁テープ20の表面に水分子が付着することを抑制することができ、電気絶縁特性の低下を防止することができる。また、この電気絶縁テープ20を備えた固定子コイル1や、この固定子コイル1を備えた回転電機によれば、高湿度環境下においても、電気絶縁層において熱伝導率の向上が図れるとともに、電気絶縁特性の低下を防止することができる。そのため、高い信頼性を有する固定子コイルおよび回転機器を提供することができる。
As described above, according to the electrical insulating
なお、本発明の実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and the expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
図4は、本発明に係る一実施の形態の他の構成の電気絶縁テープ20aの断面を模式的に示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of an electrical
図4に示すように、電気絶縁テープ20aは、上記した電気絶縁テープ20における補強基材22と低比誘電率熱伝導層23との間に、高熱伝導層30をさらに積層して備えている。すなわち、電気絶縁テープ20aは、補強基材22と、この補強基材の一方の表面に形成された高熱伝導層30と、この高熱伝導層30上に積層された低比誘電率熱伝導層23と、補強基材22の他方の表面に形成されたマイカ層21とを備えている。
As shown in FIG. 4, the electrical insulating
ここで、高熱伝導層30は、主として熱伝導を促進させることを目的に配置された層である。高熱伝導層30は、熱伝導率が1W/m・K以上の充填材を40〜70体積%含有する熱硬化性樹脂で構成される。
Here, the high thermal
ここで、熱伝導率が1W/m・K以上の充填材として、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、六方晶窒化ホウ素などが用いられる。また、充填材の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、粒子状、繊維状などの形状が挙げられる。例えば、粒子状の場合、粒子の直径(以下、粒径という)が大きいものほど、比較的高充填化が可能であるが、粒径が大き過ぎると樹脂と混練後の沈降などの製造上の問題が生じる。そのため、粒子状の充填材における平均粒径は、メジアン径(d50)で2μm〜20μmに設定されることが好ましい。また、繊維状の場合、充填材の縦横比を示すアスペクト比は、成型時における粘度上昇を抑制する理由から、1〜4であることが好ましい。 Here, as the filler having a thermal conductivity of 1 W / m · K or more, for example, aluminum oxide, aluminum hydroxide, magnesium oxide, magnesium hydroxide, hexagonal boron nitride, or the like is used. Moreover, the shape of a filler is not specifically limited, For example, shapes, such as a particle form and a fiber form, are mentioned. For example, in the case of particles, the larger the particle diameter (hereinafter referred to as the particle size), the higher the packing can be made. Problems arise. Therefore, the average particle diameter of the particulate filler is preferably set to 2 μm to 20 μm in terms of median diameter (d 50 ). Moreover, in the case of a fibrous form, it is preferable that the aspect ratio which shows the aspect ratio of a filler is 1-4 from the reason which suppresses the viscosity raise at the time of shaping | molding.
また、これらの充填材を熱硬化性樹脂に40〜70体積%含有することが好ましいのは、充填材の含有率が40体積%を下回ると、高熱伝導層30における熱伝導率の向上を図ることが難しく、70体積%を超えると、補強基材22の表面に高熱伝導層30を適正に形成することができないからである。また、上記した範囲で充填材を含有する高熱伝導層30における厚さ方向の熱伝導率は、使用する充填材の種類と充填率の関係によって異なるが、概ね2W/m・K以上となる。
Moreover, it is preferable to contain 40-70 volume% of these fillers in a thermosetting resin, when the content rate of a filler is less than 40 volume%, the improvement of the heat conductivity in the high heat
なお、電気絶縁テープ20aを構成する、補強基材22、低比誘電率熱伝導層23およびマイカ層21は、上記した電気絶縁テープ20を構成するそれぞれの構成と同じである。また、高熱伝導層30を構成する熱硬化性樹脂や硬化剤は、上記した電気絶縁テープ20を構成する熱硬化性樹脂や硬化剤と同じである。また、少なくとも、マイカ層21、低比誘電率熱伝導層23は、半硬化状態、すなわちBステージの初期状態であることが好ましく、さらに、高熱伝導層30も、半硬化状態、すなわちBステージの初期状態であることがより好ましい。
The reinforcing
次に、電気絶縁テープ20aの作製方法について説明する。
Next, a method for producing the electrical
まず、所定量の上記したマイカを、例えば水などの分散媒中に分散させ、混合し、濾過することによって堆積したシート状のマイカを形成する。ここで、シート状のマイカの形成の際に、堆積したシート状のマイカに圧力を負荷してもよい。 First, a predetermined amount of the above-mentioned mica is dispersed in a dispersion medium such as water, mixed, and filtered to form deposited sheet-like mica. Here, when the sheet-like mica is formed, pressure may be applied to the accumulated sheet-like mica.
続いて、この堆積したシート状のマイカに、熱硬化性樹脂を含浸させる。熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のマイカを加熱硬化して熱硬化性樹脂を半硬化状態にし、マイカ層21が作製される。
Subsequently, the accumulated sheet-like mica is impregnated with a thermosetting resin. The sheet-like mica impregnated with the thermosetting resin is heat-cured to make the thermosetting resin semi-cured, and the
続いて、このマイカ層21に補強基材22を積層して配置する。なお、上記したマイカ層21の形成を補強基材22上で行ってもよい。
Subsequently, the reinforcing
高熱伝導層30に含有される所定量の上記した充填材に、硬化剤を含む、所定量の上記した熱硬化性樹脂を混合し、ペースト状の混合物を形成する。続いて、このペースト状の混合物を補強基材22の表面に塗布または含浸し、その後加熱硬化して熱硬化性樹脂を半硬化状態にして、高熱伝導層30を形成する。
A predetermined amount of the above-mentioned thermosetting resin containing a curing agent is mixed with a predetermined amount of the above-described filler contained in the high thermal
続いて、所定量の上記した無機質充填材に、硬化剤を含む、所定量の上記した熱硬化性樹脂を混合し、ペースト状の混合物を形成する。続いて、このペースト状の混合物を高熱伝導層30の表面に塗布し、その後加熱硬化して熱硬化性樹脂を半硬化状態にして、低比誘電率熱伝導層23が形成され、電気絶縁テープ20aが得られる。
Subsequently, a predetermined amount of the above-described thermosetting resin containing a curing agent is mixed with a predetermined amount of the above-described inorganic filler to form a paste-like mixture. Subsequently, this paste-like mixture is applied to the surface of the high thermal
この電気絶縁テープ20aによれば、熱伝導率をさらに向上させることができるとともに、表面側となる低比誘電率熱伝導層23の比誘電率を4以下にして、ぬれ性を低下させることができる。これによって、例えば、高湿度環境下においても、電気絶縁テープ20の表面に水分子が付着することを抑制することができ、電気絶縁特性の低下を防止することができる。また、この電気絶縁テープ20aを備えた固定子コイル1や、この固定子コイル1を備えた回転電機によれば、高湿度環境下においても、電気絶縁層において熱伝導率の向上が図れるとともに、電気絶縁特性の低下を防止することができる。そのため、高い信頼性を有する固定子コイルおよび回転機器を提供することができる。
According to this electrical
また、上記した電気絶縁テープ20や電気絶縁テープ20aは、素線束からなるコイル導体束11に直接巻回することに限らず、例えば、コイル導体束11の周囲に巻回されている従来の電気絶縁層の外周に巻回してもよい。すなわち、固定子コイル1の電気絶縁層のうち、最も外側の層が上記した電気絶縁テープ20や電気絶縁テープ20aで構成されていればよい。
In addition, the above-described electrical
さらに、上記した低比誘電率熱伝導層23を形成するために作製される、無機質充填材に、硬化剤を含む熱硬化性樹脂を混合したペースト状の混合物を、コイル導体束11の周囲に巻回されている従来の電気絶縁層の外周に塗布して、電気絶縁樹脂層を形成してもよい。
Further, a paste-like mixture prepared by forming the above-described low relative dielectric constant heat
これらの構成の固定子コイルにおいても、上記した固定子コイル1における作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the stator coil of these structures, the same effect as the effect in the
次に、本発明に係る一実施の形態の電気絶縁テープ20を備えた固定子コイル1が、熱伝導性および高湿度環境下における電気絶縁特性に優れていることを実施例および比較例に基づいて説明する。
Next, it is based on an Example and a comparative example that the
(熱伝導性および電気絶縁特性の評価)
ここで使用した固定子コイルは、図1に示した固定子コイル1と同じ構成であるため図1を参照して説明する。
(Evaluation of thermal conductivity and electrical insulation properties)
Since the stator coil used here has the same configuration as the
まず、電気絶縁テープ20を次のように作製した。
First, the electrical insulating
ビスフェノールAエポキシ樹脂(旭化成社製AER331と旭化成社製AER661を25:35で配合したもの)と、ノボラック型エポキシ樹脂(旭化成社製DEN438)と、酸無水物硬化剤(メチルヘキサヒドロ無水フタル酸)とをそれぞれ重量比で70:30:80となるように混合して接着樹脂を得た。硬質焼成マイカを抄紙したマイカペーパに、この接着樹脂を含浸してプリプレグ化し、加熱乾燥炉にて加熱処理して半硬化状態とし、マイカ層21を得た。
Bisphenol A epoxy resin (AER331 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. and AER661 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. at 25:35), novolak epoxy resin (DEN438 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), and acid anhydride curing agent (methylhexahydrophthalic anhydride) Were mixed in a weight ratio of 70:30:80 to obtain an adhesive resin. A mica paper made of hard baked mica was impregnated with this adhesive resin to form a prepreg, which was then heat-treated in a heating and drying furnace to obtain a semi-cured state, whereby a
また、上記した接着樹脂に、無機充填材として、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4の六方晶窒化ホウ素を、含有率が、35体積%、40体積%、45体積%、50体積%、55体積%、60体積%、65体積%となるように混合して、7種類の無機充填材混合材料を作製した。 Moreover, the above-mentioned adhesive resin is a hexagonal boron nitride having a relative dielectric constant of 4 at a measurement frequency of 50 to 60 Hz as an inorganic filler, and the content is 35% by volume, 40% by volume, 45% by volume, and 50% by volume. %, 55% by volume, 60% by volume, and 65% by volume were mixed to prepare 7 types of inorganic filler mixed materials.
続いて、マイカ層21上に補強基材22となるガラス繊維からなる織布を積層し、さらに、織布の表面に、上記した各無機充填材混合材料を塗布し、加熱乾燥炉にて加熱処理して半硬化状態とし、低比誘電率熱伝導層23を形成し、厚さが0.2mm、幅が25mmの電気絶縁テープ20を得た。なお、ここでは、上記した7種類の無機充填材混合材料のそれぞれによって形成される低比誘電率熱伝導層23を有する電気絶縁テープ20を得たため、7種類の電気絶縁テープ20が得られた。
Subsequently, a woven fabric made of glass fibers serving as the reinforcing
ここで、六方晶窒化ホウ素の含有率が、35体積%、40体積%、45体積%、50体積%、55体積%、60体積%、65体積%の低比誘電率熱伝導層23を有する電気絶縁テープ20をそれぞれ試料1、試料2、試料3、試料4、試料5、試料6、試料7と示す。なお、試料2〜試料7は、無機充填材の含有率が本発明の範囲となる実施例であり、一方、試料1は、無機充填材の含有率が本発明の範囲外となる比較例である。
Here, the low dielectric constant heat
また、低比誘電率熱伝導層23の充填材の種類が熱伝導性や電気絶縁特性に及ぼす影響を調べるために、上記した接着樹脂に、充填材として、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が9の酸化アルミニウムを、含有率が、35体積%、40体積%、45体積%、50体積%、55体積%、60体積%、65体積%となるように混合して、7種類の充填材混合材料を作製した。そして、試料1〜試料7を作製する場合と同様に作製されたマイカ層21上に補強基材22となるガラス繊維からなる織布を積層し、さらに、織布の表面に、これらの充填材混合材料を塗布し、加熱乾燥炉にて加熱処理して半硬化状態とし、充填材含有層を形成し、厚さが0.2mm、幅が25mmの電気絶縁テープ20を得た。
Further, in order to investigate the influence of the type of filler of the low relative dielectric constant thermal
ここで、酸化アルミニウムの含有率が、35体積%、40体積%、45体積%、50体積%、55体積%、60体積%、65体積%の充填材含有層を有する電気絶縁テープ20をそれぞれ試料8、試料9、試料10、試料11、試料12、試料13、試料14と示す。なお、試料8〜試料14は、充填材の比誘電率が本発明の範囲外となる比較例である。
Here, the electrical insulating
また、図4に示した本願発明に係る、低比誘電率熱伝導層23および高熱伝導層30を有する電気絶縁テープ20aにおける熱伝導性や電気絶縁特性を調べた。そこで、試料1〜試料7を作製する場合と同様に作製されたマイカ層21上に補強基材22となるガラス繊維からなる織布を積層し、さらに、織布の表面に、上記した、酸化アルミニウムを、含有率が45体積%となるように混合された充填材混合材料を塗布し、加熱乾燥炉にて加熱処理して半硬化状態とし、高熱伝導層30を形成した。
Further, the thermal conductivity and electrical insulation characteristics of the electrical
続いて、上記した六方晶窒化ホウ素を、含有率が45体積%となるように混合された無機充填材混合材料を、高熱伝導層30の表面に塗布し、加熱乾燥炉にて加熱処理して半硬化状態とし、低比誘電率熱伝導層23を形成し、厚さが0.24mm、幅が25mmの電気絶縁テープ20aを得た。なお、低比誘電率熱伝導層23および高熱伝導層30の厚さは同じとなるように構成した。また、この電気絶縁テープ20aは、本願発明に係る構成を有する電気絶縁テープであるので実施例であり、電気絶縁テープ20aを試料15と示す。
Subsequently, an inorganic filler mixed material in which the above-described hexagonal boron nitride is mixed so as to have a content of 45% by volume is applied to the surface of the high thermal
熱伝導率および比誘電率の測定は、上記した各試料から直径が60mmの試験片を作製し、これらを温度が150℃の下、20時間加熱処理して、熱硬化性樹脂を硬化させる処理を行った。そして、試料の厚さ方向の熱伝導率を、JIS A 1412に準じて測定した。また、低比誘電率熱伝導層23または充填材含有層のみの厚さ方向の熱伝導率を測定するために、それぞれを構成するための充填材混合材料を所定の形状の型に流し込み、加熱乾燥炉にて加熱処理して硬化させ、直径が60mm、厚さが2mmの試験片を作製した。上記した熱伝導率の測定方法と同様の方法によって各試験片の厚さ方向の熱伝導率を測定した。また、低比誘電率熱伝導層23または充填材含有層における、測定周波数50〜60Hzにおける比誘電率の測定をJIS K 6911に準じて行った。
The measurement of thermal conductivity and relative dielectric constant is a process of preparing a test piece having a diameter of 60 mm from each of the above-described samples, and heating them for 20 hours at a temperature of 150 ° C. to cure the thermosetting resin. Went. And the heat conductivity of the thickness direction of the sample was measured according to JIS A1412. Further, in order to measure the thermal conductivity in the thickness direction of only the low relative dielectric constant thermal
また、高湿度環境下における電気絶縁特性を評価するために、次に示す方法によって、コロナ劣化を模擬した試験を行った。図5は、コロナ劣化を模擬した試験を行うための装置を模式的に示した図である。 In addition, in order to evaluate the electrical insulation characteristics in a high humidity environment, a test simulating corona degradation was performed by the following method. FIG. 5 is a diagram schematically showing an apparatus for performing a test simulating corona degradation.
まず、上記したように作製した各試料を、重なり幅が1/2となるように、コイル導体束11に6回巻回して電気絶縁層10を形成し、固定子コイル1を得た。続いて、固定子コイル1を温度が150℃の下、20時間加熱処理し、熱硬化性樹脂を硬化させる処理を行った。
First, each sample produced as described above was wound around the coil conductor bundle 11 six times so that the overlap width was ½, and the
続いて、図5に示すように、作製した固定子コイル1の表面の周方向に、表面抵抗が5000Ωの半導電塗料151を幅が100mmとなるように塗布した。さらに、この塗布した位置から、固定子コイル1の軸方向(長手方向)に間隔を100mmあけて、固定子コイル1の表面の周方向に、上記した半導電塗料151を幅が100mmとなるように塗布した。すなわち、それぞれ100mmの間隔をあけて、固定子コイル1の軸方向(長手方向)の2箇所に、固定子コイル1の表面の周方向に半導電塗料151を塗布した。続いて、固定子コイル1を60℃の下、20時間加熱処理し、塗布した半導電塗料151を乾燥させた。なお、半導電塗料151を塗布した2箇所について、半導電塗料151を塗布する前の固定子コイル1の厚さ、および半導電塗料151を塗布して乾燥後の、半導電塗料151を塗布した部分も含む固定子コイル1の厚さをダイヤルゲージで測定した。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a
続いて、図5に示すように、固定子コイル1をESPEC製の恒温恒湿槽150(高電圧試験用に碍子が設けられたもの)に入れ、恒温恒湿槽150の内部を湿度が80%、温度が23℃の高湿温環境に維持し、電源152から、固定子コイル1に50Hz−20kVの条件で1000時間電圧を印加した。なお、電圧印加には、京南電機製の高電圧試験装置を用いた。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
続いて、1000時間電圧が印加された固定子コイル1を恒温恒湿槽から取り出し、半導電塗料151を塗布した2箇所について、半導電塗料151を塗布した部分も含む固定子コイル1の厚さをダイヤルゲージで測定した。この測定結果に基づいて電気絶縁層10の劣化率を求めた。ここで、電気絶縁層10の劣化率は、ダイヤルゲージで測定した測定値に基づいて、電圧を印加する前の電気絶縁層10の厚さから、電圧を印加した後の電気絶縁層10の厚さを減じ、その値を、電圧を印加する前の電気絶縁層10の厚さで除したものを百分率で示したものである。なお、半導電塗料151の塗布層の厚さは、電圧を印加する前後で変化していなかった。また、劣化率が高いほど、高湿度環境下における電気絶縁特性が悪いことを示す。
Subsequently, the
各試料における、熱伝導率、比誘電率、劣化率の測定結果を表1に示す。 Table 1 shows the measurement results of the thermal conductivity, relative dielectric constant, and deterioration rate of each sample.
表1に示すように、試料2〜試料7および試料15における、電気絶縁テープ20全体の厚さ方向の熱伝導率は0.35以上である。また、試料2〜試料7および試料15における、低比誘電率熱伝導層23の厚さ方向の熱伝導率は2以上であり、低比誘電率熱伝導層23の比誘電率は4以下であり、劣化率も高くても8%であった。これに対して、六方晶窒化ホウ素の含有率が35体積%である試料1においては、試料2〜試料7および試料15に比べて、電気絶縁テープ20全体の厚さ方向の熱伝導率および低比誘電率熱伝導層23の熱伝導率の双方とも低かった。また、低比誘電率熱伝導層23に充填材として酸化アルミニウムを含有する試料8〜試料14においては、比誘電率が4を超える高い値となっており、また、劣化率も試料2〜試料7に比べて高かった。これらの結果から、試料2〜試料7および試料15は、高湿温環境下においても、高い熱伝導率を有しつつ、優れた電気絶縁特性を有していることがわかった。
As shown in Table 1, the thermal conductivity in the thickness direction of the entire electrical insulating
また、従来の電気絶縁層の同様の構成である試料11を電気絶縁層として備える固定子コイルの周囲に、上記した試料3の電気絶縁テープ20を巻回した固定子コイルと、上記した試料6の電気絶縁テープ20を巻回した固定子コイル1とを作製し、固定子コイルを温度が150℃の下、20時間加熱処理し、熱硬化性樹脂を硬化させる処理を行った。そして、表1には示していないが、この2種類の固定子コイル1を構成する電気絶縁テープ20を含む電気絶縁層全体の厚さ方向の熱伝導率および劣化率を測定した。その結果、試料3における電気絶縁テープ20を含む電気絶縁層全体の厚さ方向の熱伝導率は0.43W/m・K、劣化率は4であった。また、試料6における電気絶縁テープ20を含む電気絶縁層全体の厚さ方向の熱伝導率は0.44W/m・K、劣化率は2であった。このように、従来の固定子コイルの周囲に、本発明に係る電気絶縁テープ20を巻回することで、高い熱伝導率を有しつつ、優れた電気絶縁特性が得られることがわかった。
In addition, a stator coil in which the electrical insulating
また、従来の電気絶縁層の同様の構成である試料11を電気絶縁層として備える固定子コイルの周囲に、上記した試料3の低比誘電率熱伝導層23を形成する無機充填材混合材料を塗布し、加熱乾燥炉にて加熱処理して硬化させ、電気樹脂絶縁層を形成した。表1には示していないが、この固定子コイルにおける電気絶縁層および電気樹脂絶縁層からなる絶縁層全体の劣化率は6%であった。また、電気絶縁層および電気樹脂絶縁層からなる絶縁層全体の厚さ方向の熱伝導率は0.47W/m・Kであった。このように、従来の固定子コイルの周囲に、本発明に係る電気絶縁テープ20の低比誘電率熱伝導層23を形成する無機充填材混合材料からなる電気樹脂絶縁層を形成することで、高い熱伝導率を有しつつ、優れた電気絶縁特性が得られることがわかった。
In addition, an inorganic filler mixed material for forming the above-described low relative dielectric constant heat
1…固定子コイル、10…電気絶縁層、11…コイル導体束、20、20a…電気絶縁テープ、21…マイカ層、22…補強基材、23…低比誘電率熱伝導層、30…高熱伝導層、100…固定子鉄心、101…固定子スロット、102…楔、110…スペーサ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
補強基材と、
前記補強基材の一方の表面に形成され、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4〜10の無機質充填材を40〜70体積%含有する熱硬化性樹脂からなる低比誘電率熱伝導層と、
前記補強基材の他方の表面に形成され、マイカに熱硬化性樹脂を含浸してなるマイカ層と
を備え、
前記低比誘電率熱伝導層の、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4以下、かつ厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上であり、電気絶縁部材全体における厚さ方向の熱伝導率が0.35W/m・K以上であることを特徴とする電気絶縁部材。 An electrical insulation member that is wound around a conductor bundle of a stator coil of a rotating electrical machine to form an electrical insulation layer,
A reinforcing substrate;
Low relative dielectric constant heat conduction formed of a thermosetting resin formed on one surface of the reinforcing base material and containing 40 to 70% by volume of an inorganic filler having a relative dielectric constant of 4 to 10 at a measurement frequency of 50 to 60 Hz. Layers,
A mica layer formed on the other surface of the reinforcing substrate and impregnated with mica in a thermosetting resin,
The low relative dielectric constant heat conductive layer has a relative dielectric constant of 4 or less at a measurement frequency of 50 to 60 Hz and a thermal conductivity of 2 W / m · K or more in the thickness direction, and the thickness direction of the entire electrical insulating member The electrical insulation member characterized by having a thermal conductivity of 0.35 W / m · K or more.
前記電気絶縁層を構成する少なくとも最も外側の層が、請求項1乃至3のいずれか1項記載の電気絶縁部材を用いて形成されていることを特徴とする回転電機用固定子コイル。 A stator coil for a rotating electrical machine formed by winding an electrical insulation member around a conductor bundle to form an electrical insulation layer,
A stator coil for a rotating electrical machine, wherein at least the outermost layer constituting the electrical insulation layer is formed using the electrical insulation member according to any one of claims 1 to 3.
前記電気絶縁層の外周面に、測定周波数が50〜60Hzにおける比誘電率が4〜10の無機質充填材を40〜70体積%含有する熱硬化性樹脂からなり、測定周波数が50〜60Hzにおいて比誘電率が4以下、かつ厚さ方向の熱伝導率が2W/m・K以上である電気絶縁樹脂層を備えることを特徴とする回転電機用固定子コイル。 A stator coil for a rotating electrical machine formed by winding an electrical insulation member around a conductor bundle to form an electrical insulation layer,
The outer peripheral surface of the electrical insulating layer is made of a thermosetting resin containing 40 to 70% by volume of an inorganic filler having a relative dielectric constant of 4 to 10 at a measurement frequency of 50 to 60 Hz, and the measurement frequency is 50 to 60 Hz. A stator coil for a rotating electrical machine comprising an electrically insulating resin layer having a dielectric constant of 4 or less and a thermal conductivity in a thickness direction of 2 W / m · K or more.
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