JP2842975B2 - 回転電機の固定子コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の固定子コイ
ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、高電圧機器、例えば定格電圧３ｋ
Ｖ以上の交流発電機のコイル絶縁層の製作方式として、
プリプレグ方式及び真空加圧含浸方式が主流である。

【０００３】プリプレグ方式は、半硬化状の熱硬化性レ
ジンを含むプリプレグテープを導体に巻回後、加熱加圧
成形により製作できるのに対し、真空加圧含浸方式はド
ライテープを導体に巻回後、熱硬化性レジンを注入し、
加熱加圧成形を行うため１工程余分にかかる。また、プ
リプレグ方式は絶縁層の電界強度が真空加圧含浸方式と
比べ強く、絶縁層の厚みは薄肉となり、機器のサイズを
コンパクト化できることにより、プリプレグ方式の採用
の傾向が高まっている。

【０００４】このように絶縁処理しただけの固定子コイ
ルを固定子鉄心のスロットに挿入し固定した場合、この
固定子コイルに高電圧が印加されると、スロット内に挿
入された部分の表面からスロットに向かってコロナが発
生する。このため、図６に示されているようにスロット
内挿入部分の固定子コイル１のコイル絶縁層２の表面に
半導電層（低抵抗コロナシールド層）３を設けている。
また、固定子コイル１のスロット出口付近（以下、コイ
ルエンド部と称する）の表面は導体４の電位と同じにな
っており、低抵抗コロナシールド層３の端部との間で沿
面の電位傾度を形成し、低抵抗コロナシールド層３の端
部は電界が集中し易く、急激に電位が上がるとコロナ放
電が生じるため、低抵抗コロナシールド層３の端部から
コイルエンド部のコイル絶縁層２の表面における沿面電
位傾度が大きくなる部分に電界緩和層５を設けている。
なお同図において６はカバー絶縁層である。

【０００５】電界緩和層５の処理方法としては、次ぎに
述べるようなものがある。（１）高抵抗値の半導電性テ
ープを予め加熱加圧成形したコイル絶縁層２の上に固着
剤を用いて巻回して固着する方法。（２）炭化珪素粒子
は非直線性特性があり、電界緩和材として多く用いられ
るものであり、この炭化珪素粒子を含有したレジンを予
め加熱加圧成形したコイル絶縁層２の上にブラッシング
により塗布して処理する方法。（３）補強布に炭化珪素
粒子を含有した半硬化状の熱硬化性レジンを塗布してな
る電界緩和テープをコイル絶縁層２の上に巻回し、コイ
ル絶縁層２の加熱加圧成形と同時に処理する方法。

【０００６】なおこれに関するものとして特開昭５４−
１１６６０３号公報、特開昭６２−６８０３１号公報、
特開昭６２−１２３９３６号公報、特開昭６２−１３２
６５０号公報がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の電界緩
和層の処理方法である上述（１）の高抵抗値の半導電性
テープを予め加熱加圧成形したコイル絶縁層の上に固着
剤を塗り、巻回して処理する方法では、半導電性テープ
のラップ面に固着剤が浸入し半導電性テープの抵抗値が
不適性となり、高電界仕様に耐えられなくなる懸念があ
る。このことにより、上述（２）の炭化珪素粒子を含有
したレジンを予め加熱加圧成形したコイル絶縁層の上に
ブラッシングにより塗布して処理する方法があるが、塗
りむらをなくすため、何回もブラッシングを行うを必要
があり、作業性がよくなく、作業者により特性値が変動
することより、非直線性抵抗特性が安定し理想的な値と
するのは困難である。また、コイル絶縁層を形成する工
程と、電界緩和層の処理工程とが別々になるといった不
具合もあった。

【０００８】コイル絶縁層の製作方式は上述のようにプ
リプレグ方式の採用の傾向であるので、コイル絶縁層の
加熱加圧成形と同時に電界緩和層を形成する方法とし
て、上述（３）の補強布に炭化珪素粒子を含有した半硬
化状の熱硬化性レジンを塗布してなる電界緩和テープに
より電界緩和層を形成する方法があるが、炭化珪素粒子
を含有した半硬化状の熱硬化性レジンの非直線性抵抗特
性は、炭化珪素粒子間の接触によるものであり、熱硬化
性レジンの硬化条件により特性値が大きく変化する。従
って、単に補強布に炭化珪素粒子を含有した半硬化状の
熱硬化性レジンを塗布してなる電界緩和テープの巻回で
は、非直線性抵抗特性が安定した理想的な値となるよう
電界緩和層を形成するのは困難である。

【０００９】また、加熱加圧成形時に、半導電性である
炭化珪素粒子が熱硬化性レジンと共に流動し、コイル絶
縁層内に流れ込み、絶縁特性の低下を招く不具合もあ
る。この対策として電界緩和層とコイル絶縁層との間
に、熱硬化性レジンの流動を防ぐようにセパレート材を
設ける方法もあるが、抵抗値が異なる材料を電界緩和層
とコイル絶縁層との間に設けるのは望ましくなく、長期
運転によりセパレート材が劣化すると電界緩和層とコイ
ル絶縁層との間に空隙等が発生し、電界緩和特性が不安
定になり、コイル絶縁層に悪影響を及ぼす恐れがある。

【００１０】このように電界緩緩和層を形成するには、
プリプレグ方式のコイル絶縁層と同時に加熱加圧成形す
るのが最適であり、種々検討がなされてきた。

【００１１】すなわち、電界緩和テープに炭化珪素粒子
を含有するレジンとして半硬化状の熱硬化性レジンを塗
布しており、加熱加圧成形による炭化珪素粒子の流動が
問題であった。そこで、炭化珪素粒子を含有するレジン
を補強布に塗布し、予め乾燥させて製作した電界緩和テ
ープをコイル絶縁層の上に巻回し、コイル絶縁層の加熱
加圧成形と同時に電界緩和層を形成することにより、炭
化珪素粒子の流動がなく絶縁特性を損なう問題は解消さ
れる。

【００１２】しかしながら、コイル絶縁層は半硬化状の
熱硬化性レジンを含むプリプレグテープを加熱加圧成形
することにより、プリプレグテープ中のレジンは絶縁層
を形成するのに必要な分だけ残り、余剰分は絶縁層外へ
押し流されることにより、コイル絶縁層の厚みは加熱加
圧成形により寸法が小さくなる。そしてコイル絶縁層の
外周寸法も小さくなるに対し、コイル絶縁層上に巻回さ
れている電界緩和テープは予め乾燥しているため、加熱
加圧成形時に寸法変化がなく、電界緩和層の外周寸法も
変わらないため、電界緩和層がだぶつき、このような状
態で加圧されることにより電界緩和層にしわが発生す
る。このようなしわが生じることにより、電界緩和層に
しわが発生する。しわが生じることにより電界緩和テー
プのラップ面の接触状態が疎となり、非直線性抵抗特性
が不安定となり、電界緩和がなされず、沿面コロナ放電
が発生し電気的弱点部を作りだす欠点があった。

【００１３】また、電界緩和テープは予め乾燥している
ため硬く、加熱加圧成形によりコイル絶縁層に食い込
み、コイル絶縁層内に剥離、空隙が生じ、コイル絶縁特
性を著しく低下させる欠点もあった。

【００１４】このようにして製作された固定子コイルを
使用して、回転電機を長期間運転すると、特に電界が集
中する低抵抗コロナシールド層の端部で沿面コロナ放電
が常時発生し、コイル絶縁層を侵食し、耐電圧性能が低
下し、劣化を早めることになある。

【００１５】従って、これまでの固定子コイルの電界緩
和層ではコイル絶縁層の加熱加圧成形と同時に電界緩和
層を形成する時、電界緩和層にしわが発生する問題があ
った。

【００１６】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、電界緩和層のしわによる沿面コロナ放電の発生を防
止し、信頼性の向上を可能とした回転電機の固定子コイ
ルを提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、前記電界緩
和層と前記コイル絶縁層との間に、その一方側端部が前
記低抵抗コロナシールド層の端部に当接した緩衝層を設
けることにより、達成される。

【００１８】

【作用】上記手段を設けたので、コイル絶縁層の加熱加
圧成形時の寸法変化を緩衝層が吸収するようになる。

【００１９】すなわちコイル絶縁層の加熱加圧成形と同
時に電界緩和層を形成する時、コイル絶縁層と電界緩和
層との間に緩衝層を設けることにより、加熱加圧成形に
よりコイル絶縁層内の余剰レジンが排出され、コイル絶
縁層の厚みが小さくなるが、緩衝層が厚み減少分を補う
ことにより、コイル絶縁層の外周寸法が加熱加圧成形前
と変化しないことから、電界緩和層のだぶつきがなくな
り、加熱加圧成形による電界緩和層のしわの発生を防止
することができると共に、コイル絶縁層内の余剰レジン
の電界緩和層への流出を防止することができる。

【００２０】

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。

【００２１】〔実施例 １〕図１および図２には本発明
の一実施例が示されている。なお従来と同じ部品には同
じ符号を付したので説明を省略する。本実施例では電界
緩和層５とコイル絶縁層２との間に、その一方側端部が
低抵抗コロナシールド層３の端部に当接した緩衝層７を
設けた。このようにすることによりコイル絶縁層２の加
熱加圧成形時の寸法変化を緩衝層７が吸収するようにな
って、電界緩和層５のだぶつきがなくなり、電界緩和層
５のしわによる沿面コロナ放電の発生を防止し、信頼性
の向上を可能とした回転電機の固定子コイル１ａを得る
ことができる。

【００２２】すなわち導体４の外周にプリプレグ絶縁テ
ープを巻回してなるコイル絶縁層２のコイルエンド部の
外周に、低抵抗コロナシールド層３の端部から電界緩和
層５を形成する範囲まで緩衝層７を設け、この緩衝層７
の外周に低抵抗コロナシールド層２に接触させて電解緩
和層５を設けた。そしてこの電界緩和層５の外周に電界
緩和層５を保護するカバー絶縁層６を設けて固定子コイ
ル１ａを形成した（図１参照）。

【００２３】この固定子コイル１ａはこれらコイル絶縁
層２、低抵抗コロナシールド層３、電界緩和層５、カバ
ー絶縁層６および緩衝層７を導体４の上に設けた後、加
熱加圧成形を行う。緩衝層７はコイル絶縁層２と同一基
材であり、この基材は未硬化樹脂を含有しないドライ集
成マイカ、ノンレジンフィルム、ノンレジン不織布、ノ
ンレジン織物のいずれか一つのテープあるいはシートの
巻回により形成する。

【００２４】電界緩和層５は、上述のように炭化珪素粒
子を含有するレジンを補強布に塗布し、予め乾燥させた
電界緩和テープを巻回により形成する。

【００２５】低抵抗コロナシールド層３は、半導電性テ
ープをコイル絶縁層２の外周のスロット内に挿入される
部分に巻回し形成する。

【００２６】カバー絶縁層６は、プリプレグ絶縁テープ
を電界緩和層５の外周に巻回し、形成する。

【００２７】このように緩衝層７を設けて固定子コイル
１ａを製作することにより、加熱加圧成形によりコイル
絶縁層２内の余剰レジンが排出され、コイル絶縁層２の
厚みが小さくなるが、緩衝層７が厚み減少分を補うこと
により、コイル絶縁層２の外周寸法が加熱加圧成形前と
変らないことから、電界緩和層５のだぶつきがなくな
り、加熱加圧成形による電界緩和層５のしわの発生を防
止することができる。また、加熱加圧成形による電界緩
和層５のコイル絶縁層２への食い込みも緩衝層７により
防止できる。なお緩衝層７はコイル絶縁層２と同一の基
材であることから、コイル絶縁層２と電界緩和層５との
間に設置しても、電界緩和特性を害することはなく、ま
た、緩衝層７は未硬化樹脂を含有しないノンレジン材で
あることから、コイル絶縁層２内の余剰レジンを吸収
し、電界緩和層５への流出を防止することもできる。

【００２８】この電界緩和層５を形成する電界緩和テー
プ８は、炭化珪素粒子を含有するレジンを補強布に塗布
した電界緩和材９と、多孔質状の織物１０ｂの収縮性を
保つように炭化珪素粒子を含有するレジン１０ａを適量
に含浸した電界緩和材１０とで形成されている（図２参
照）。

【００２９】電界緩和テープ８を巻回して電界緩和層５
を設置し、加熱加圧成形すると、コイル絶縁層２の厚み
が小さくなるが、小さくなると電界緩和テープ８自体も
加熱加圧成形により追従して収縮する。このことによ
り、コイル絶縁層２の外周の寸法変化に追従して電界緩
和層５も寸法変化することにより、しわの発生を防止す
ることができる。なお、電界緩和テープ８は、多孔質状
の織物１０ｂに炭化珪素粒子を含有するレジン１０ａを
含浸していることにより、電界緩和特性を害することは
ない。電界緩和テープ８を巻回し電界緩和層５とする場
合、緩衝層７は、電界緩和層５のコイル絶縁層２への食
い込み防止や、コイル絶縁層２内の余剰レジンを吸収
し、電界緩和層５への流出を防止する効果があり、設置
した方が効果的であることは云うまでもない。

【００３０】このような緩衝層７を使用し、その効果を
検討した結果を次に述べる。

【００３１】マイカエポキシプリプレグよりなるコイル
絶縁層２のコイルエンド部の外周に、カーボンを基材と
した低抵抗コロナシールド層３の端部から電界緩和層５
を形成する所定の範囲までドライ集成マイカテープを半
掛で所定の回数巻いて緩衝層７を設けた。この緩衝層７
の外周に低抵抗コロナシールド層３に接触させて炭化珪
素粒子を含有するエポキシレジンをポリエステル繊維に
塗布し、予め乾燥させた電界緩和テープ８を所定の長さ
に半掛で巻回して電界緩和層５を設け、この電界緩和層
５の外周にプリプレグガラステープを半掛で巻回してカ
バー絶縁層６を設けた後、加熱加圧成形を行い、固定子
コイル１ａを得た。このようにして成形した固定子コイ
ル１ａのコイルエンド部外観は、表面にしわの発生がな
く、均一な面を形成しており良好である。

【００３２】また、図５には本実施例の固定子コイル１
ａと従来例の固定子コイル１（図６参照）との電気特性
の比較結果が示されている。同図は縦軸に可視コロナ発
生電圧及びフラッシュオーバー電圧をとり、横軸に可視
コロナ、フラッシュオーバーをとって、可視コロナ発生
電圧及びフラッシュオーバー電圧特性を示したものであ
る。同図から明らかなように本実施例の特性は直線Ａで
示されるように、従来例の特性直線Ｂに比べ可視コロナ
発生電圧及びフラッシュオーバー電圧とも約３０％高
く、優れている。これは本実施例のコイルが緩衝層を設
けてあるので、電界緩和層がしわの発生がなく、その機
能を十分に発揮することができたためである。

【００３３】このように本実施例によれば回転電機の大
容量化、機器のコンパクト化に伴い、高電圧、高電界仕
様となる固定子コイルのコイルエンド部の沿面コロナ放
電を防止する電界緩和層を形成する時、コイル絶縁層の
加熱加圧成形と同時に電界緩和層のしわの発生を防止す
ることにより、電界緩和テープのラップ面の接触状態が
緻密となり、非直線性抵抗特性が安定した理想的な値と
なり、沿面コロナ放電がなく、コイル絶縁性能に優れ、
信頼性の向上した回転電機の固定子コイルを得ることが
できる。

【００３４】〔実施例 ２〕図３および図４には電界緩
和層に適用する電界緩和テープの他の実施例が示されて
いる。電界緩和テープ１１は、炭化珪素粒子を含有する
レジン１１ａを熱収縮織物１１ｂに熱収縮性を保つよう
にまだらに塗布したものである。

【００３５】この電界緩和テープ１１を巻回して電界緩
和層を形成し、加熱加圧成形すると、電界緩和テープ１
１は収縮することから電界緩和テープ８（図２参照）に
ついて述べたように、電界緩和層も寸法変化することに
より、しわの発生を防止することができる。熱収縮織物
１１ｂに熱収縮性を保つように炭化珪素粒子を含有する
レジン１１ａをまだらに塗布する一例を図４に示してあ
る。熱収縮織物１１ｂに炭化珪素粒子を含有するレジン
１１ａを所定の範囲で約７０％以上、所定の範囲で約３
０％以下という具合に、密の部分と疎の部分ができるよ
うに塗布することにより、加熱加圧成形時に疎の部分で
熱収縮を行うことができる。

【００３６】この場合も電界緩和テープ１１を巻回し電
界緩和層とする場合、緩衝層は前述の場合と同様に、電
界緩和層のコイル絶縁層への食い込み防止や、コイル絶
縁層内の余剰レジンを吸収し、電界緩和層への流出を防
止する効果があり、設置した方が効果的であることは云
うまでもない。

【００３７】この場合も前述の場合と同様な作用効果を
奏することができる。

【００３８】

【発明の効果】上述のように本発明は、電界緩和層とコ
イル絶縁層との間に、その一方側端部が低抵抗コロナシ
ールド層の端部に当接した緩衝層を設けたので、コイル
絶縁層の加熱加圧成形時の寸法変化を緩衝層が吸収する
ようになって、電界緩和層のだぶつきがなくなり、電界
緩和層のしわによる沿面コロナ放電の発生を防止し、信
頼性の向上を可能とした回転電機の固定子コイルを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電機の固定子コイルの一実施例の
コイル要部の縦断側面図である。

【図２】同じく一実施例の電界緩和テープの断面図であ
る。

【図３】本発明の回転電機の固定子コイルの他の実施例
の電界緩和テープの断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】本発明の回転電機の固定子コイルの一実施例に
よるコイルと従来例のコイルとの可視コロナ発生電圧お
よびフラッシュオーバー電圧特性図である。

【図６】従来の回転電機の固定子コイルのコイル要部の
縦断側面図である。

【符号の説明】

１ａ…固定子コイル、２…コイル絶縁層、３…低抵抗コ
ロナシールド層、４…導体、５…電界緩和層、７…緩衝
層、８…電界緩和テープ、１１…電界緩和テープ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−114355（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−132650（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 3/30 - 3/52

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体上に巻回され、かつプリプレグ絶縁
   材で構成されたコイル絶縁層と、このコイル絶縁層のス
   ロットに挿入される部分の表面に形成された低抵抗コロ
   ナシールド層と、この低抵抗コロナシールド層から前記
   スロットの外部に突出するコイルエンド部の所定範囲に
   わたって形成され、かつ前記低抵抗コロナシールド層の
   端部側とコイル絶縁層とを覆つて設けられた電界緩和層
   とを備え、これらコイル絶縁層、低抵抗コロナシールド
   層、電界緩和層が一緒に加熱加圧成形してなる回転電機
   の固定子コイルにおいて、前記電界緩和層と前記コイル
   絶縁層との問に、その一方側端部が前記低抵抗コロナシ
   ールド層の端部に当接した緩衝層が設けられ、前記緩衝
   層が、前記コイル絶縁層の基材と同一の基材のドライ集
   成マイカ、ノンレジンフィルム、ノンレジン不織布、ノ
   ンレジン織物のいずれか一つで形成され、かつ前記コイ
   ル絶縁層、低抵抗コロナシールド層、電界緩和層と一緒
   に加熱加圧成形され、前記電界緩和層が、炭化珪素粒子
   を含有するレジンを補強布に塗布した電界緩和材と、多
   孔質状の織物の収縮性を保つように炭化珪素粒子を含有
   するしジンを所定量合浸した電界緩和材とで形成され、
   かつ、所定の非直線性抵抗特性を有する電界緩和テープ
   で巻回形成されたことを特徴とする回転電機の固定子コ
   イル。
2. 【請求項２】 導体上に巻回され、かつプリプレグ絶縁
   材で構成されたコイル絶縁層と、このコイル絶縁層のス
   ロットに挿入される部分の表面に形成された低抵抗コロ
   ナシールド層と、この低抵抗コロナシールド層から前記
   スロットの外部に突出するコイルエンド部の所定範囲に
   わたって形成され、かつ前記低抵抗コロナシールド層の
   端部側とコイル絶縁層とを覆つて設けられた電界緩和層
   とを備え、これらコイル絶縁層、低抵抗コロナシールド
   層、電界緩和層が一緒に加熱加圧成形してなる回転電機
   の固定子コイルにおいて、前記電界緩和層と前記コイル
   絶縁層との問に、その一方側端部が前記低抵抗コロナシ
   ールド層の端部に当接した緩衝層が設けられ、前記緩衝
   層が、前記コイル絶縁層の基材と同一の基材のドライ集
   成マイカ、ノンレジンフィルム、ノンレジン不織布、ノ
   ンレジン織物のいずれか一つで形成され、かつ前記コイ
   ル絶縁層、低抵抗コロナシールド層、電界緩和層と一緒
   に加熱加圧成形され、前記電界緩和層が、炭化珪素粒子
   を含有する レジンを熱収縮 織物に熱収縮性を保持する
   ようにまだらに塗布してなる所定の非直線性抵抗特性を
   有する電界緩和テープで巻回形成されたことを特徴とす
   る回転電機の固定子コイル。
3. 【請求項３】 導体上に巻回され、かつプリプレグ絶縁
   材で構成されたコイル絶縁層と、このコイル絶縁層のス
   ロットに挿入される部分の表面に形成された低抵抗コロ
   ナシールド層と、この低抵抗コロナシールド層から前記
   スロットの外部に突出するコイルエンド部の所定範囲に
   わたって形成され、かつ前記低抵抗コロナシールド層の
   端部側とコイル絶縁層とを覆つて設けられた電界緩和層
   とを備え、これらコイル絶縁層、低抵抗コロナシールド
   層、電界緩和層が一緒に加熱加圧成形してなる回転電機
   の固定子コイルにおいて、前記電界緩和層と前記コイル
   絶縁層との問に、その一方側端部が前記低抵抗コロナシ
   ールド層の端部に当接した緩衝層が設けられ、前記電界
   緩和層が、炭化珪素粒子を含有するレジンを補強布に塗
   布した電界緩和材と、多孔質状の織物の収縮性を保つよ
   うに炭化珪素粒子を含有するレジンを所定量合浸した電
   界緩和材とで形成され、かつ所定の非直線性抵抗特性を
   有する電界緩和テープで巻回形成されたことを特徴とす
   る回転電機の固定子コイル。
4. 【請求項４】 導体上に巻回され、かつプリプレグ絶縁
   材で構成されたコイル絶縁層と、このコイル絶縁層のス
   ロットに挿入される部分の表面に形成された低抵抗コロ
   ナシールド層と、この低抵抗コロナシールド層から前記
   スロットの外部に突出するコイルエンド部の所定範囲に
   わたって形成され、かつ前記低抵抗コロナシールド層の
   端部側とコイル絶縁層とを覆つて設けられた電界緩和層
   とを備え、これらコイル絶縁層、低抵抗コロナシールド
   層、電界緩和層が一緒に加熱加圧成形してなる回転電機
   の固定子コイルにおいて、前記電界緩和層と前記コイル
   絶縁層との問に、その一方側端部が前記低抵抗コロナシ
   ールド層の端部に当接した緩衝層が設けられ、前記電界
   緩和層が、炭化珪素粒子を含有するレジンを熱収縮織物
   に熱収縮性を保持するようにまだらに塗布してなる所定
   の非直線性抵抗特性を有する電界緩和テープで巻回形成
   されたことを特徴とする回転電機の固定子コイル。