JP2016201930A - 高電圧機器用コイル、およびそれを用いた回転電機、高電圧機器 - Google Patents
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Abstract
Description
これに伴い、高電圧機器用コイルの構造は緻密化が進み、マイカテープ等の絶縁テープや樹脂組成物で構成される絶縁材料は、泡や剥離などの空隙が生じやすくなる。この空隙には上記高電圧化、高出力密度化などが要因となって強い電界が加わるため、絶縁システム材料の電気的劣化の原因となる部分放電の発生起点となる。
空隙で起きた部分放電は導体同士間や、導体と鉄心間の絶縁システム材料を破壊・侵食して、枝分かれしながら進展する。このため、最終的には絶縁システム材料を貫通して絶縁破壊を引き起こす要因となる。
特許文献1には、「上記のような課題を解決するためになされた本発明は、溶融状態のポリエチレン樹脂に重量比約1パーセントの炭酸リチウム微粉末を添加し冷却して所定の形状に成型するか、或いは触媒作用をなす炭酸リチウムの存在下において、ポリエチレン主鎖の一部をゴーシュ鎖に移転処理後冷却したことを要旨とするものである。即ち、本発明者は、上記ボイドの発生を防止するための一連の研究の過程で、炭酸リチウムの添加によりボイド発生の原因となるポリエチレン樹脂中の球晶の成長が阻止されることを見出し、本発明に到達し、さらにその改善を計ったものである(明細書2頁右上欄19行目〜2頁左下欄11行目を参照)。」として、電気絶縁等に適する高分子材料の技術が開示されている。
また、特許文献2には、「[課題]注型樹脂の耐トリーイング性を改善する。[解決手段]絶縁物用注型樹脂組成物は、1分子当たりに2以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、シリカ、アルミナ、ムライトよりなる群より選択された1以上の物質よりなるマイクロ粒子と、層状シリケート化合物、酸化物、窒化物よりなる群より選択された1以上の物質よりなるナノ粒子と、エラストマー粒子と、を含む([要約]を参照)」。として、絶縁物用注型樹脂組成物の技術が開示されている。
また、特許文献3には、「[課題]エナメル線を巻回する従来の電磁コイルでは、コイル内の電位分担、放電に伴う放電電荷量を制御できず、導体間の電位を高くできなかった。[解決手段] 高圧回転電機は、鉄心11のスロット11a内に電磁コイルを装着してなるものであり、電磁コイルは絶縁電線12を巻回することにより形成されている。この絶縁電線12は、複数本の導体13の外面にマイカテープ14を巻回してなるものであり、各導体13の外周面には耐熱性被膜13aおよび導電性被膜13bが形成されている。従って、導体13の放電電荷量が抑制されるので、耐コロナ性が向上する。これと共に、電磁コイルをインバータ装置により駆動するにあたって、電源に近い電磁コイルの分担電圧が減少するので、各電磁コイルの分担電圧が平等化される([要約]を参照)」。として電磁機器の技術が開示されている。
また、非特許文献1には、絶縁材料に未反応樹脂が入ったカプセルを配合しておくことにより、部分放電の進展の際に前記カプセルが破壊されると内部から未反応樹脂が部分放電の進展経路(トリー)に流入してトリーを修復する技術が開示されている。
特許文献1に開示された技術では、効果が示されるベース樹脂がポリエステル樹脂に限定され、さらに電線ケーブルの被覆材料などの稼動温度が低い製品を対象とされ、ベース樹脂および適用製品が限定されるという課題がある。
また、特許文献2に開示された技術は、絶縁材料で発生した部電放電を絶縁材料に前記配合した無機系のマイクロ粒子やナノ粒子で枝分かれさせて進展経路を長くする方法であるが、部分放電は起こるので、絶縁物が劣化すること自体は避けられないという問題がある。
また、特許文献3に開示された技術は、導体周囲に用いる絶縁被覆に導電性材料を配合することにより、導体の放電電荷量を抑制する方法であるが部分放電は起こるので、絶縁物が劣化すること自体は避けられないという問題がある。
また、非特許文献1に開示された技術は、絶縁材料に未反応樹脂が入ったカプセルを配合しておくことにより、部分放電の進展の際に前記カプセルが破壊されると内部から未反応樹脂が部分放電の進展経路(トリー)に流入してトリーを修復する方法であるが、修復の効果は、トリーが重力に逆らう方向に発生した場合には、樹脂の流入が困難である。また、部分放電で劣化した絶縁材料の炭化物は除去が困難であるという問題がある。
すなわち、本発明の高電圧機器用コイルは、絶縁テープを巻回したコイル導体を、含浸レジンで硬化した高電圧機器用コイルであって、前記絶縁テープまたは前記含浸レジンの少なくとも一つに絶縁性ガス発生剤が含まれることを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10が高電圧機器の固定子コイル11に用いられていることを示す図であり、(a)は、固定子コイル11の断面を示し、(b)は固定子コイル11の鉄心スロット12の断面を拡大(符号102)して示す図である。
図1(a)において、固定子コイル11に鉄心スロット12が配置されている。また、鉄心スロットの近傍を符号102で示している。
図1(b)において、鉄心スロット12の近傍(符号102)を詳しく示している。鉄心スロット12の中で、絶縁テープ14に覆われている巻回された導体(コイル導体、コイルの一部)13が二つあり、この絶縁テープ14に覆われた二つの導体13間には、相間絶縁材16が挿入されている。さらに前記した二つの絶縁テープ14に覆われている巻回された導体13と相間絶縁材16は、スロットライナー15および鉄心スロット12に挿入されている。
また、楔17は、絶縁テープ14に覆われた導体13を鉄心スロット12に固定するものである。
なお、より詳しい構成や含浸レジン(不図示)については、後記する。
しかしながら、図1に示す高電圧機器用コイルの構造、構成による説明のみでは、わかりにくいこともある。そのため、次に、回転電機の固定子コイルや変圧器のモールドコイルなどの高電圧機器の絶縁システム材料に生じるボイドや剥離などの空隙で起こる部分放電を抑制する構成ならびにその原理と具体的方法について、まず先に説明する。
そして、それらの知見が図1の高電圧機器用コイルにどのように反映しているかを、再度、後で≪第1実施形態:高電圧機器用コイルその2≫、≪第1実施形態:高電圧機器用コイルその3≫として説明する。
なお、以下においては、<部分放電を抑制する原理>をまず説明し、その原理に基づいて、本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイルに実際に用いる絶縁システム材料、特性、構成等について、順に[絶縁性ガス発生剤]、[絶縁テープ]、[マイカテープ]、[含浸レジン]について説明する。
本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイルで部分放電を抑制する原理は、次のとおりである。
本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイルで用いる絶縁性ガス発生剤は、絶縁システム材料の各部に含むことが可能であり、部分放電のエネルギーによって分解されて、例えば、二酸化炭素のような絶縁性ガスを生成する特徴を有している。
二酸化炭素のような絶縁性ガスは、部分放電で生じる負性イオンを捕捉する働きを有し、さらに二酸化炭素は二次的な分解で電子付着性がより高い酸素分子も生成するため、前記負性イオンの捕捉を促進して、部分放電を抑制できる。
さらに前記の絶縁性ガス発生剤は、生成した絶縁性ガスが絶縁システム材料の空隙内やその近傍の圧力を高める働きがあるため、部分放電開始電圧をより高くできる効果も得られる。
なお、部分放電エネルギーの温度は、放電エネルギーの大きさにより異なるが300℃〜1000℃付近が一般的である。
一方、前記温度領域以外で分解して絶縁性ガスが発生する化合物は、部分放電を抑制する効果が低くなる場合がある。
その理由は、例えば300℃未満で分解するような化合物は、固定子コイルの製造工程における200℃前後の加熱硬化などの熱処理工程で分解してしまうためである。
また、分解温度が1000℃を超えるような化合物は、部分放電のエネルギーで分解しにくいためである。
本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10に用いる絶縁性ガス発生剤は、部分放電の起こりうる範囲のエネルギーで分解して絶縁性ガスを発生すれば良く、合成物または鉱物をふくむ炭酸塩類を用いることができる。
具体的に例示すれば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、炭酸亜鉛などが挙げられる。
これらの炭酸塩類は、単独で、または複数組み合わせて使用できる。
なお、炭酸カルシウム(CaCO3、CaCO3)は、サンゴ(珊瑚)の骨格を形成するが、炭酸カルシウム以外の前記の炭酸塩類も、同様の形態の塊や結晶を構成する。
これらの炭酸塩類に共通するのは、炭酸のCO3(CO3)であるので、前記の炭酸塩類、およびその他の炭酸塩類を「CO3骨格を有する化合物」と、適宜、表記する。
ただし、粒子径は、10ナノメートル〜100マイクロメートルが良く、特に10ナノメートル〜10マイクロメートルの範囲がより好ましい。
その理由は、絶縁性ガス発生剤を絶縁材料に配合する際に、分散性や均一性を高められ、絶縁性ガス発生剤と絶縁材料との接触性が向上できるので、部分放電の抑制に効果があるからである。
これらの絶縁性ガスにおいては、電子付着性を示す二酸化炭素、酸素などが、部分放電で発生する負性イオンを捕捉する性質が高いため部分放電の抑制に効果が高いので、より好ましい。
絶縁テープは、導体(コイルの一部)または絶縁被覆を備えた導体の外周、あるいは導体を複数まとめた線輪(鉄心スロット外部のコイル)、または絶縁被覆を備えた導体を複数まとめた線輪の外周に巻回して用いられる。
この絶縁テープには、前記した絶縁性ガス発生剤を予め内包、塗布しておくことができる。
また、絶縁テープは、エポキシ樹脂などを含む樹脂組成物と組み合わせて使用することができる。
また、前記樹脂組成物にも、絶縁性ガス発生剤を配合しておくことができる。
また、絶縁テープとして、後記するマイカとフィルムまたは無機繊維を有するプリプレグマイカテープを用いることもできる。
マイカテープ(絶縁テープの一種)は、導体または絶縁被覆を備えた導体の外周、あるいは導体を複数まとめた線輪または絶縁被覆を備えた導体を複数まとめた線輪の外周に巻回して用いられる。
固定子コイルの空隙は、絶縁システム材料のうち、前記のマイカテープの近傍で生じやすい傾向がある。このことから、マイカテープは、絶縁性ガス発生剤を配合する材料として適している。
本発明に用いるマイカテープは、フィルムまたは無機繊維などの基材、マイカペーパ、樹脂(バインダ)、絶縁性ガス発生剤などから構成される。
また、本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10に用いるマイカテープは、エポキシ樹脂などを含む含浸レジンと組み合わせて使用するドライマイカテープと、樹脂(バインダ、接着、結束用)を多く担持して、導体に巻回後に前記樹脂が接着、硬化して使用するプリプレグマイカテープがある。前記のドライマイカテープやプリプレグマイカテープが、一般的に対地絶縁の一つである主絶縁を形成する。
また、マイカテープの基材の材質は特に限定されるものではないが、フィルムとしては耐熱性や電気絶縁性の観点からポリイミドフィルム、アラミドフィルム、ポリエステルフィルムなどが良い。
また、マイカテープの基材の材質に無機繊維を用いる場合には、耐熱性や機械的特性の観点からガラス繊維やガラスクロスが良い。また無機繊維と有機繊維との織物も使用できる。
樹脂(バインダ)の材質は特に限定はなく、使用する耐熱性に応じてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂が使用できる。また、樹脂に硬化剤、触媒、硬化促進剤、架橋剤、可塑剤、充填剤なども併用することができる。
本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10に適用される含浸レジンは、本発明に用いる前記の絶縁性ガス発生剤を配合することが可能であって、硬化後に高電圧機器の絶縁システム材料で起こる部分放電の抑制に効果が得られる。
本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10に適用される含浸レジンは、ベース樹脂としてエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などが良い。
特に、本発明に用いる絶縁性ガス発生剤の配合が容易であること、並びに硬化反応性、汎用性、取扱い性、耐熱性などの観点からエポキシ樹脂が好ましい。
さらに本発明の第1実施形態に用いる含浸レジンは、前記ベース樹脂とともに酸無水物硬化剤、アミン化合物、イミダゾール化合物、アセチルアセトネート化合物、金属系の錯体、触媒類、硬化促進剤、架橋剤、可塑剤、充填剤などを併用することができる。
次に、前記の絶縁テープ、硬化性樹脂または含浸レジンおよび絶縁性ガス発生剤からなる絶縁システム材料を用いて製作した本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイルの詳細について説明する。
本発明の第1実施形態の高電圧機器用コイル10に適用した絶縁システム材料を示す例について説明する。
図1(b)における絶縁テープ14として用いるドライマイカテープをマイカペーパ(マイカ)とポリイミドフィルム(フィルム)を用いて構成した。
なお、ドライマイカテープに無機繊維が含まれることがある。
また、ドライマイカテープには、樹脂(バインダ)が付着することがある。
また、前記のドライマイカテープを厚さ150μmとした。
そして、絶縁性ガス発生剤を前記のマイカペーパとポリイミドフィルムを接着する樹脂(バインダ、接着、結束用)に分散して配合した。
また、後記する固定子コイルにおいて絶縁システム材料を硬化される際に用いる含浸レジンの組成について説明する。
含浸レジンの組成は、例として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸硬化剤、熱潜在性硬化促進剤としてマンガン[III]アセチルアセトネート、またはコバルト[III]アセチルアセトネートとした。
なお、マンガン[III]アセチルアセトネート、またはコバルト[III]アセチルアセトネートにおいて、[III]はローマ数字の3の意味である。表記上の都合により、代用している。
ただし、図3においては、ローマ数字の3を使用している。ローマ数字の3の意味である[III]は、マンガンあるいはコバルトが化合物としてのイオン価を示している。
以上、説明した絶縁システム材料であるマイカテープ、含浸レジン、絶縁性ガス発生剤の組み合わせについて、前記した例、およびその他の材料や組み合わせを、図3に整理して、さらに説明する。なお、図2については後記する。
図3において、絶縁システム材料の項目として、左端の欄に「マイカテープ」、「含浸レジン」、「絶縁性ガス発生剤」をあげている。また、最上欄に例1〜例4を項目としている。
マイカテープは、例1〜例4において共通の、ドライマイカテープ(厚さ150μm)を用いた。なお、ドライマイカテープの構成は前記したとおりである。
また、含浸レジンは、例1〜例4において共通の、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸硬化剤、マンガン[III]アセチルアセトネート硬化促進剤を用いた。
例1に適用した絶縁性ガス発生剤は、炭酸カルシウムである。
例2に適用した絶縁性ガス発生剤は、炭酸マグネシウムである。
例3に適用した絶縁性ガス発生剤は、炭酸カルシウムと炭酸リチウムの50:50の混合品である。
例4に適用した絶縁性ガス発生剤は、炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムの70:30の混合品である。
また、例4において、炭酸カルシウムに炭酸ストロンチウムを混合したのも、ほぼ同様の理由である。
以上のように、CO3骨格を有する化合物であれば、異なる炭酸塩や炭酸化合物を混合することも可能である。異なる炭酸塩の混合比も様々に選択できる。
このため、電子付着性を示す前記二酸化炭素あるいは酸素は、部分放電で生じた負性イオンを捕捉して部分放電の進展を抑制する。
また、空隙内には前記二酸化炭素や酸素が充填されて内圧が高まるため、パッシェンの法則に従い、空隙とその近傍は耐部分放電性が向上する。
次に、図1(a),(b)における本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10を適用した固定子コイル11の詳細について説明する。
図1(a)において、高電圧機器用コイル10は、鉄心スロット12の内部のみならず、複数の鉄心スロット12の間にも線輪(鉄心スロット外部のコイル)として存在している。鉄心スロット12の内部および外部に存在する高電圧機器用コイル10によって、固定子コイル11が構成されている。
図1(b)において、本発明の第1実施形態に係る絶縁性ガス発生剤を含むドライマイカテープ(絶縁テープ14)を巻回したコイル導体13を、厚さ0.13mmのスロットライナー15(材質:アラミド樹脂)を挿入した鉄心スロット内部に対して、相間絶縁材16(材質:エポキシ樹脂とガラス繊維の積層板)を介して挿入する。
なお、スロットライナー15は、前記した材質の絶縁性を有する有機フィルムであって、前記のドライマイカテープ(14)を巻回したコイル導体13を保護するとともに、挿入する際のガイドとなる。
その後、固定子コイルの内周側(12)のコイル導体の再外周に楔17(材質:エポキシ樹脂とガラス繊維の積層板)を挿入して固定し、前記した絶縁システム材料の含浸レジンを注入、硬化した。以上の製造方法で固定子コイル11を製作した。
以上の構成によって、部分放電を抑制し、長い年月を経ても、電気絶縁性に優れた信頼性の高い高電圧機器用コイル、およびそれを用いた高電圧機器を提供できる。
次に、前記した電気絶縁性に優れた信頼性の高い高電圧機器用コイルを用いた回転電機について説明する。
図2は、本発明の第2実施形態に係る回転電機20の概観を示す断面斜視図である。
図2において、回転電機20は、固定子が有する固定子コイル18と、回転子が有する回転子コイル19と、を備えて構成されている。回転電機20には、高い電圧が加わるので、電気絶縁性に優れ、経年変化に耐えることが要求される。
回転電機20の固定子コイル18と、回転子コイル19に、本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイルを用いることによって、部分放電を抑制し、長い年月を経ても、電気絶縁性に優れた信頼性の高い回転電機20を実現する。
回転電機20の固定子コイル18と回転子コイル19に用いる高電圧機器用コイルは、本発明の第1実施形態で説明した高電圧機器用コイル10と基本的に同一であるので、重複する説明は省略する。
なお、回転電機20を具体的に例示すれば、誘導電動機、同期電動機、発電機等がある。
以上、本発明の第2実施形態に係る回転電機では、前記のように、絶縁性ガス発生剤を含む絶縁システム材料を用いたため、耐部分放電特性を向上できる効果があり、部分放電を抑制し、長い年月を経ても、電気絶縁性と信頼性に優れた回転電機を提供することができる。
以上、本発明は、前記した各実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々、変更可能である。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
図1、図2において、回転電機の形態を図示したが、本発明の第1実施形態に係る高電圧機器用コイル10は、回転電機に限定されない。
高電圧機器用コイル10は、高電圧を用いる機器に有用である。この高電圧を用いる高電圧機器として、回転電機以外を例示すれば、モールド変圧器等の変圧器や、X線電源、スパッタ用電源等の高圧電源がある。
このような高電圧を用いている機器において、第1実施形態で説明した高電圧機器用コイルを用いることによって、部分放電を抑制し、電気絶縁性に優れた信頼性の高い高電圧機器を提供できる。
本発明の第1実施形態の説明において、絶縁性ガス発生剤として、合成物または鉱物を含む炭酸塩類を例示した。絶縁性ガス発生剤が炭酸塩類の場合には、絶縁性ガスとして二酸化炭素、酸素が効果的であるからである。
しかしながら、絶縁性ガスとして有効なのは、前記の二酸化炭素、酸素に限定されない。
例えば、窒素、六フッ化硫黄等が絶縁性ガスとしての特性がよい。そのため、前記の窒素、六フッ化硫黄を組成として含む化合物であって、窒素、六フッ化硫黄を絶縁性ガスとして発生する絶縁性ガス発生剤も有効である。
本発明の第1実施形態の説明において、コイル導体13を鉄心スロット12に収納する方法として、固定子コイルの内周側(12)のコイル導体の再外周に楔17を挿入して固定し、前記した絶縁システム材料の含浸レジンを注入、硬化した例を説明したが、この方法に限定されない。
絶縁テープ14を巻回したコイル導体13を絶縁テープ14に担持している硬化性樹脂を成形硬化してから鉄心スロット12に収納してもよい。
11、18 固定子コイル
12 鉄心スロット
13 導体、コイル導体、コイル(高電圧機器用コイル)
14 絶縁テープ、主絶縁(高電圧機器用コイル)
15 スロットライナー
16 相間絶縁材
17 楔
19 回転子コイル
20 回転電機
Claims (12)
- 絶縁テープを巻回したコイル導体を、含浸レジンで硬化した高電圧機器用コイルであって、
前記絶縁テープまたは前記含浸レジンの少なくとも一つに絶縁性ガス発生剤が含まれる
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項1において、
前記含浸レジンで硬化した高電圧機器用コイルは、前記絶縁テープを巻回したコイル導体を、鉄心スロット内に収納して前記含浸レジンを含浸硬化したものである
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項1または請求項2において、
前記絶縁テープは、マイカ、バインダ、フィルムまたは無機繊維を有するドライマイカテープであり、
該ドライマイカテープに絶縁性ガス発生剤が含まれる
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項3において、
前記ドライマイカテープを構成するマイカ、バインダ、フィルムまたは無機繊維の少なくとも一つに前記絶縁性ガス発生剤が含まれる
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 絶縁テープを巻回したコイル導体を、前記絶縁テープに担持している硬化性樹脂を成形硬化して鉄心スロット内に収納した高電圧機器用コイルであって、
前記絶縁テープまたは前記硬化性樹脂の少なくとも一つに絶縁性ガス発生剤が含まれることを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項5において、
前記絶縁テープは、マイカ、フィルムまたは無機繊維を有すプリプレグマイカテープであり、
該プリプレグマイカテープに絶縁性ガス発生剤が含まれる
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項6において、
前記プリプレグマイカテープを構成するマイカ、硬化性樹脂、フィルムまたは無機繊維の少なくとも一つに絶縁性ガス発生剤が含まれる
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記絶縁性ガス発生剤は、炭酸塩類または炭酸化合物である
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記絶縁性ガス発生剤の平均粒子径は、10ナノメートルから100マイクロメートルである
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記絶縁性ガス発生剤の分解温度は、300℃から1000℃である
ことを特徴とする高電圧機器用コイル。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の高電圧機器用コイルを用いる
ことを特徴とする回転電機。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の高電圧機器用コイルを用いる
ことを特徴とする高電圧機器。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108736612A (zh) * | 2017-04-17 | 2018-11-02 | 通用电气公司 | 用于安置在绝缘体内的导体的系统和方法 |
WO2019208032A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 固定子、及び回転電機 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5519843A (en) * | 1978-07-31 | 1980-02-12 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Insulating treatment method of electric appliance coil |
JPH1041122A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-13 | Toshiba Corp | 電磁機器 |
JP2012038681A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Hitachi Ltd | ドライマイカテープ及びこれを用いた電気絶縁線輪 |
JP2014157783A (ja) * | 2013-02-18 | 2014-08-28 | Nitto Denko Corp | 電気絶縁用シート |
-
2015
- 2015-04-13 JP JP2015081354A patent/JP2016201930A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5519843A (en) * | 1978-07-31 | 1980-02-12 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Insulating treatment method of electric appliance coil |
JPH1041122A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-13 | Toshiba Corp | 電磁機器 |
JP2012038681A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Hitachi Ltd | ドライマイカテープ及びこれを用いた電気絶縁線輪 |
JP2014157783A (ja) * | 2013-02-18 | 2014-08-28 | Nitto Denko Corp | 電気絶縁用シート |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108736612A (zh) * | 2017-04-17 | 2018-11-02 | 通用电气公司 | 用于安置在绝缘体内的导体的系统和方法 |
US10700564B2 (en) | 2017-04-17 | 2020-06-30 | General Electric Company | Manufacturing method for a conductor disposed within an insulator |
CN108736612B (zh) * | 2017-04-17 | 2021-09-07 | 通用电气公司 | 用于安置在绝缘体内的导体的系统和方法 |
US11228215B2 (en) | 2017-04-17 | 2022-01-18 | General Electric Company | System of a conductor disposed within an insulator |
WO2019208032A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 固定子、及び回転電機 |
JPWO2019208032A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2021-02-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 固定子、及び回転電機 |
JP7030961B2 (ja) | 2018-04-27 | 2022-03-07 | 日立Astemo株式会社 | 固定子、及び回転電機 |
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