JP2861441B2 - 高電圧回転機コイル - Google Patents
高電圧回転機コイルInfo
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- JP2861441B2 JP2861441B2 JP5179391A JP5179391A JP2861441B2 JP 2861441 B2 JP2861441 B2 JP 2861441B2 JP 5179391 A JP5179391 A JP 5179391A JP 5179391 A JP5179391 A JP 5179391A JP 2861441 B2 JP2861441 B2 JP 2861441B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、大型の発電機や電動
機などの主として固定子鉄心のスロットに収納して用い
られる高電圧回転機コイル、ことにその絶縁構造に関す
る。
機などの主として固定子鉄心のスロットに収納して用い
られる高電圧回転機コイル、ことにその絶縁構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】最近の電力需要は空調負荷の増加等を反
映して毎日あるいは時間毎の変動が大きくなる傾向にあ
り、これに伴って電力を供給する発電機も負荷の変動に
対応して起動，停止を繰り返し行う経済的運用が一般化
しており、この傾向は中容量の発電機の運用に多く見受
けられる。このような起動，停止の多い発電機の運転を
高電圧回転機コイルの絶縁性能の面から見ると、起動，
停止によるコイル温度の変化に伴ってコイル導体と対地
主絶縁層の熱膨張係数の差によって両者間に熱応力が繰
り返し作用することになり、この熱応力に耐える対地主
絶縁層の耐ヒ−トサイクル性の向上が重要な課題にな
る。
映して毎日あるいは時間毎の変動が大きくなる傾向にあ
り、これに伴って電力を供給する発電機も負荷の変動に
対応して起動，停止を繰り返し行う経済的運用が一般化
しており、この傾向は中容量の発電機の運用に多く見受
けられる。このような起動，停止の多い発電機の運転を
高電圧回転機コイルの絶縁性能の面から見ると、起動，
停止によるコイル温度の変化に伴ってコイル導体と対地
主絶縁層の熱膨張係数の差によって両者間に熱応力が繰
り返し作用することになり、この熱応力に耐える対地主
絶縁層の耐ヒ−トサイクル性の向上が重要な課題にな
る。
【０００３】図５は高電圧回転機コイルの従来構造を示
す断面図であり、高電圧回転機コイルは整形コイル導体
１とこれを密着して包囲する対地主絶縁層４とで構成さ
れる。整形コイル導体１は、導体中の渦電流や表皮効果
による電流の偏りを防ぐために、平角銅線の外側に絶縁
被覆（素線絶縁）を施した素線導体２複数条の整列体
（図の場合２列，１１段）として構成され、各素線導体
２はコイルの長手方向に相互に位置を変えるよう転位
（ギッタ−編みまたはレ−ベル転位と呼ぶ）され、かつ
少量の接着樹脂により相互に固着処理（素線固め処理）
される。また、素線導体２が列間を渡ることにより列端
（頭部と呼ぶ）に生じた段差部分には、マイカ粉末を混
合した熱硬化性樹脂例えばエポキシ樹脂の硬化物からな
る頭部詰物３が、例えば素線固め処理時に半硬化状態の
樹脂を段差部分に充填し、ヒ−トプレスを用いて整形，
固化するなどの方法で固着され、整形コイル導体１の断
面が方形に近い形状に整形され、かつ素線導体が相互に
固着して一体化した整形コイル導体が形成される。
す断面図であり、高電圧回転機コイルは整形コイル導体
１とこれを密着して包囲する対地主絶縁層４とで構成さ
れる。整形コイル導体１は、導体中の渦電流や表皮効果
による電流の偏りを防ぐために、平角銅線の外側に絶縁
被覆（素線絶縁）を施した素線導体２複数条の整列体
（図の場合２列，１１段）として構成され、各素線導体
２はコイルの長手方向に相互に位置を変えるよう転位
（ギッタ−編みまたはレ−ベル転位と呼ぶ）され、かつ
少量の接着樹脂により相互に固着処理（素線固め処理）
される。また、素線導体２が列間を渡ることにより列端
（頭部と呼ぶ）に生じた段差部分には、マイカ粉末を混
合した熱硬化性樹脂例えばエポキシ樹脂の硬化物からな
る頭部詰物３が、例えば素線固め処理時に半硬化状態の
樹脂を段差部分に充填し、ヒ−トプレスを用いて整形，
固化するなどの方法で固着され、整形コイル導体１の断
面が方形に近い形状に整形され、かつ素線導体が相互に
固着して一体化した整形コイル導体が形成される。
【０００４】一方、対地主絶縁層４は、その製造方法に
より樹脂含浸タイプとレジンリッチタイプに大別され
る。樹脂含浸タイプの対地主絶縁層は、ポリエステル不
織布，ガラス布，高分子フイルム等の基材にはがしマイ
カまたは集成マイカを貼り合わせたマイカテ−プを整形
コイル導体２の外側に所定の厚みになるよう巻き重ねた
後、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を真空加圧含浸
し、整形用金型を用いて加熱硬化処理することにより整
形コイル導体に一体化してボイド等の欠陥を含まない対
地主絶縁層４が得られる。また、レジンリッチタイプで
は、前記マイカテ−プにあらかじめ熱硬化性樹脂を含浸
して半硬化状態としたプリプレグテ−プを用い、これを
整形コイル導体に巻き付けた後、ヒ−トプレスを用いて
加熱硬化処理することにより対地主絶縁層４が形成され
る。このように構成された高電圧回転機コイルの対地主
絶縁層の表面には図示しない低抵抗の外部コロナ防止層
が設けられ、鉄心のスロットに収納された状態では、整
形コイル導体の対地電圧の殆ど全てが対地主絶縁層に印
加されるが、対地主絶縁層４が整形コイル導体１に密着
し，かつ対地主絶縁層がその内部にボイドなどの欠陥を
含まないよう緻密に形成されることにより、対地主絶縁
層は対地電圧において部分放電を発生せず、したがって
耐電圧性能を長期間安定に保持することができる。
より樹脂含浸タイプとレジンリッチタイプに大別され
る。樹脂含浸タイプの対地主絶縁層は、ポリエステル不
織布，ガラス布，高分子フイルム等の基材にはがしマイ
カまたは集成マイカを貼り合わせたマイカテ−プを整形
コイル導体２の外側に所定の厚みになるよう巻き重ねた
後、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を真空加圧含浸
し、整形用金型を用いて加熱硬化処理することにより整
形コイル導体に一体化してボイド等の欠陥を含まない対
地主絶縁層４が得られる。また、レジンリッチタイプで
は、前記マイカテ−プにあらかじめ熱硬化性樹脂を含浸
して半硬化状態としたプリプレグテ−プを用い、これを
整形コイル導体に巻き付けた後、ヒ−トプレスを用いて
加熱硬化処理することにより対地主絶縁層４が形成され
る。このように構成された高電圧回転機コイルの対地主
絶縁層の表面には図示しない低抵抗の外部コロナ防止層
が設けられ、鉄心のスロットに収納された状態では、整
形コイル導体の対地電圧の殆ど全てが対地主絶縁層に印
加されるが、対地主絶縁層４が整形コイル導体１に密着
し，かつ対地主絶縁層がその内部にボイドなどの欠陥を
含まないよう緻密に形成されることにより、対地主絶縁
層は対地電圧において部分放電を発生せず、したがって
耐電圧性能を長期間安定に保持することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】起動，停止の繰り返し
による温度変化の大きい高電圧回転機コイルにおいて
は、整形コイル導体１と対地主絶縁層４との間に作用す
る熱応力を少なくするために、両者の熱膨張係数をなる
べく近づけるよう対地主絶縁層４の構成材料とその組成
比が配慮されており、例えば、整形コイル導体１の熱膨
張係数１．７×１０ -5／°Ｃに対して、対地主絶縁層の
それを小さいもので１．０×１０-5／°Ｃ，大きいもの
で１．５×１０-5／°Ｃとしたものが知られている。と
ころが、このように構成された高電圧回転機コイルにつ
いて、回転電機の起動，停止による高電圧回転機コイル
の温度変化を模擬した厳しい条件のヒ−トサイクルを加
え、所定サイクル毎に部分放電−電圧特性，誘電正接−
電圧特性等を測定し、高電圧回転機コイルの絶縁層内で
のボイドなどの欠陥の発生状態を評価した結果、比較的
少ないヒ−トサイクル数で著しい特性低下を生ずること
が判明した。そこで、特性が低下した高電圧回転機コイ
ルを切断して欠陥の発生状況を観察した結果、整形コイ
ル導体１と対地主絶縁層４との接着が剥がれ、図５に示
すように、この部分に大きな空隙９が発生していること
が明らかになり、かつこの状態は長年月運転に供した高
電圧回転機コイルの劣化状態とも一致することが判明し
た。
による温度変化の大きい高電圧回転機コイルにおいて
は、整形コイル導体１と対地主絶縁層４との間に作用す
る熱応力を少なくするために、両者の熱膨張係数をなる
べく近づけるよう対地主絶縁層４の構成材料とその組成
比が配慮されており、例えば、整形コイル導体１の熱膨
張係数１．７×１０ -5／°Ｃに対して、対地主絶縁層の
それを小さいもので１．０×１０-5／°Ｃ，大きいもの
で１．５×１０-5／°Ｃとしたものが知られている。と
ころが、このように構成された高電圧回転機コイルにつ
いて、回転電機の起動，停止による高電圧回転機コイル
の温度変化を模擬した厳しい条件のヒ−トサイクルを加
え、所定サイクル毎に部分放電−電圧特性，誘電正接−
電圧特性等を測定し、高電圧回転機コイルの絶縁層内で
のボイドなどの欠陥の発生状態を評価した結果、比較的
少ないヒ−トサイクル数で著しい特性低下を生ずること
が判明した。そこで、特性が低下した高電圧回転機コイ
ルを切断して欠陥の発生状況を観察した結果、整形コイ
ル導体１と対地主絶縁層４との接着が剥がれ、図５に示
すように、この部分に大きな空隙９が発生していること
が明らかになり、かつこの状態は長年月運転に供した高
電圧回転機コイルの劣化状態とも一致することが判明し
た。
【０００６】このような空隙９が高電圧回転機コイルで
発生すると、運転電圧で部分放電が発生し、運転時間の
経過とともに素線導体の絶縁被覆や対地主絶縁層の部分
放電劣化が徐々に進行し、ついには素線導体間のレヤ−
ショ−トやコイルの地絡事故に発展する事態が予想さ
れ、これが発電機である場合には電力の安定供給に支障
をきたし、また電動機である場合には物の生産に支障を
きたし、いずれも重大な損害を被ることになる。
発生すると、運転電圧で部分放電が発生し、運転時間の
経過とともに素線導体の絶縁被覆や対地主絶縁層の部分
放電劣化が徐々に進行し、ついには素線導体間のレヤ−
ショ−トやコイルの地絡事故に発展する事態が予想さ
れ、これが発電機である場合には電力の安定供給に支障
をきたし、また電動機である場合には物の生産に支障を
きたし、いずれも重大な損害を被ることになる。
【０００７】この発明の目的は、起動，停止の繰り返し
頻度の高い高圧回転機に使用しても、整形コイル導体と
対地主絶縁層との間に剥離を生じがたい、耐ヒ−トサイ
クル性に優れた高電圧回転機コイルを得ることにある。
頻度の高い高圧回転機に使用しても、整形コイル導体と
対地主絶縁層との間に剥離を生じがたい、耐ヒ−トサイ
クル性に優れた高電圧回転機コイルを得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、転位した素線導体の整列体から
なり頭部詰物を有する整形コイル導体と、マイカテ−プ
層を含む熱硬化性樹脂の硬化物からなり，前記成形コイ
ル導体の外周を覆う対地主絶縁層とを有するものにおい
て、前記整形コイル導体と前記対地主絶縁層とに密着す
るよう介装された充填材を含む熱硬化性樹脂の硬化物層
からなる熱膨張緩和層を備え、その熱膨張係数が前記整
形コイル導体のそれより小さく，対地主絶縁層のそれと
同等またはそれ以上の値を有するものとする。
に、この発明によれば、転位した素線導体の整列体から
なり頭部詰物を有する整形コイル導体と、マイカテ−プ
層を含む熱硬化性樹脂の硬化物からなり，前記成形コイ
ル導体の外周を覆う対地主絶縁層とを有するものにおい
て、前記整形コイル導体と前記対地主絶縁層とに密着す
るよう介装された充填材を含む熱硬化性樹脂の硬化物層
からなる熱膨張緩和層を備え、その熱膨張係数が前記整
形コイル導体のそれより小さく，対地主絶縁層のそれと
同等またはそれ以上の値を有するものとする。
【０００９】また、整形コイル導体が長方形断面をも
ち、その長辺側の両側面に熱膨張緩和層が設けられてな
るものとする。
ち、その長辺側の両側面に熱膨張緩和層が設けられてな
るものとする。
【００１０】さらに、熱膨張緩和層が整形コイル導体の
全周面を覆うよう設けられてなるものとし、必要に応じ
て熱膨張緩和層が頭部詰物を兼ねたものとする。
全周面を覆うよう設けられてなるものとし、必要に応じ
て熱膨張緩和層が頭部詰物を兼ねたものとする。
【００１１】
【作用】この発明の構成は、ヒ−トサイクルにより対地
主絶縁層が整形コイル導体との界面で剥離する原因が、
コイルの製造過程において素線導体の角の丸みにより整
形コイル導体の表面にできる凹凸部分に樹脂溜まりが生
じ、これが加熱硬化した樹脂層の熱膨張係数が３〜５×
１０-5／°Ｃと整形コイル導体や対地主絶縁層のそれに
比べて大きく、かつこの樹脂層が成形コイル導体の表面
に位置して温度変化が大きいために、この樹脂層との熱
膨張差により整形コイル導体および対地主絶縁層との界
面に熱応力が発生し、その繰り返しにより樹脂層の両側
の接着面に剥離が生じ易くなるという、現象の微視的観
察に基づく知見を基に得られたものである。すなわち、
熱膨張係数が整形コイル導体のそれより小さく，対地主
絶縁層のそれと同等またはそれ以上の値を有する熱膨張
緩和層を整形コイル導体と対地主絶縁層と間に相互に密
着して形成したことにより、整形コイル導体と対地主絶
縁層が剥離する原因となる樹脂層を、熱膨張差の少ない
熱膨張緩和層に置き換えることができるので、コイルの
ヒ−トサイクルによる熱応力を緩和することが可能とな
り、整形コイル導体と対地主絶縁層のヒ−トサイクルに
よる剥離を回避して耐ヒ−トサイクル性を向上する機能
が得られる。
主絶縁層が整形コイル導体との界面で剥離する原因が、
コイルの製造過程において素線導体の角の丸みにより整
形コイル導体の表面にできる凹凸部分に樹脂溜まりが生
じ、これが加熱硬化した樹脂層の熱膨張係数が３〜５×
１０-5／°Ｃと整形コイル導体や対地主絶縁層のそれに
比べて大きく、かつこの樹脂層が成形コイル導体の表面
に位置して温度変化が大きいために、この樹脂層との熱
膨張差により整形コイル導体および対地主絶縁層との界
面に熱応力が発生し、その繰り返しにより樹脂層の両側
の接着面に剥離が生じ易くなるという、現象の微視的観
察に基づく知見を基に得られたものである。すなわち、
熱膨張係数が整形コイル導体のそれより小さく，対地主
絶縁層のそれと同等またはそれ以上の値を有する熱膨張
緩和層を整形コイル導体と対地主絶縁層と間に相互に密
着して形成したことにより、整形コイル導体と対地主絶
縁層が剥離する原因となる樹脂層を、熱膨張差の少ない
熱膨張緩和層に置き換えることができるので、コイルの
ヒ−トサイクルによる熱応力を緩和することが可能とな
り、整形コイル導体と対地主絶縁層のヒ−トサイクルに
よる剥離を回避して耐ヒ−トサイクル性を向上する機能
が得られる。
【００１２】また、整形コイル導体が長方形断面をも
ち、その長辺側の両側面に熱膨張緩和層を設けるよう構
成すれば、樹脂溜まりの生成原因となる整形コイル導体
表面の凹凸を熱膨張緩和層によって埋め、界面に作用す
る熱応力を効果的に低減する機能が得られる。
ち、その長辺側の両側面に熱膨張緩和層を設けるよう構
成すれば、樹脂溜まりの生成原因となる整形コイル導体
表面の凹凸を熱膨張緩和層によって埋め、界面に作用す
る熱応力を効果的に低減する機能が得られる。
【００１３】さらに、熱膨張緩和層を整形コイル導体の
全周面を覆うよう設ければ、より確実な剥離防止機能が
得られるとともにに、必要に応じて熱膨張緩和層が頭部
詰物を兼ねるよう構成すれば、整形コイル導体を素線固
めする工程で頭部詰め物および熱膨張緩和層を同時に形
成できる製造工程の合理化機能が得られる。
全周面を覆うよう設ければ、より確実な剥離防止機能が
得られるとともにに、必要に応じて熱膨張緩和層が頭部
詰物を兼ねるよう構成すれば、整形コイル導体を素線固
めする工程で頭部詰め物および熱膨張緩和層を同時に形
成できる製造工程の合理化機能が得られる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる高電圧回転機コイル
を示す断面図であり、以下、従来技術と同じ部分には同
一参照符号を付して重複した説明を省略する。図におい
て、頭部詰め物３を有する素線導体２の整列体からなる
整形コイル導体１と、対地主絶縁層４との間には充填材
粉末を配合したエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の硬化物
からなる熱膨張緩和層５が、長方形断面を有する整形コ
イル導体１の長辺側の両側面を覆うよう相互に密着した
状態で形成される。熱膨張緩和層５は、熱硬化性樹脂に
マイカ粉末，シリカ粉末等の無機質充填材を所定の割合
で混合し、これをシ−ト状に圧延し、かつ半硬化状態と
したプリプレグ材を素材とし、この素材には必要に応じ
てガラス繊維等が骨材として配合される。また、プリプ
レグ材の厚みは０．１〜２ｍｍの範囲内にあり、整形コ
イル導体の表面に貼着し押圧すると、整形コイル導体表
面の凹凸によくなじみ、かつヒ−トプレスを用いて硬化
処理した時点ではその熱膨張係数が整形コイル導体のそ
れより小さく，対地主絶縁層のそれと同等またはそれ以
上の値，すなわち１．１〜１．６×１０-5／°Ｃ程度の
範囲内で対地主絶縁層のそれに対応した所定値になるよ
う充填材の量および種類が選択される。
る。図１はこの発明の実施例になる高電圧回転機コイル
を示す断面図であり、以下、従来技術と同じ部分には同
一参照符号を付して重複した説明を省略する。図におい
て、頭部詰め物３を有する素線導体２の整列体からなる
整形コイル導体１と、対地主絶縁層４との間には充填材
粉末を配合したエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の硬化物
からなる熱膨張緩和層５が、長方形断面を有する整形コ
イル導体１の長辺側の両側面を覆うよう相互に密着した
状態で形成される。熱膨張緩和層５は、熱硬化性樹脂に
マイカ粉末，シリカ粉末等の無機質充填材を所定の割合
で混合し、これをシ−ト状に圧延し、かつ半硬化状態と
したプリプレグ材を素材とし、この素材には必要に応じ
てガラス繊維等が骨材として配合される。また、プリプ
レグ材の厚みは０．１〜２ｍｍの範囲内にあり、整形コ
イル導体の表面に貼着し押圧すると、整形コイル導体表
面の凹凸によくなじみ、かつヒ−トプレスを用いて硬化
処理した時点ではその熱膨張係数が整形コイル導体のそ
れより小さく，対地主絶縁層のそれと同等またはそれ以
上の値，すなわち１．１〜１．６×１０-5／°Ｃ程度の
範囲内で対地主絶縁層のそれに対応した所定値になるよ
う充填材の量および種類が選択される。
【００１５】熱膨張緩和層の形成方法としては、整形コ
イル導体１の両側面に前記プリプレグ材を貼り付け、例
えば整形コイル導体をコイル固めする工程で貼り付けた
プリプレグ材をヒ−トプレスして整形コイル導体表面に
固着させることにより、図５に示す熱膨張係数が大きい
樹脂溜まり８の部分を熱膨張係数が整形コイル導体およ
び対地主絶縁層のそれに近い熱膨張緩和層５に置き換え
た整形コイル導体１が形成される。したがって、熱膨張
緩和層５が形成された整形コイル導体１の外側に樹脂含
浸タイプまたはレジンリッチタイプの対地主絶縁層４を
形成すれば、従来技術で問題となった樹脂溜まり部分が
あらかじめ熱膨張緩和層５に置き換えられてその表面が
平面化しているので、熱膨張緩和層５と対地主絶縁層４
との間に樹脂溜まりの無い高電圧回転機コイルを得るこ
とができる。なお、熱膨張緩和層と対地主絶縁層の接着
性を高めるために、熱膨張緩和層５の表面はサンドぺ−
パなどを用いてあらかじめ粗面化処理をしておくことが
好ましい。
イル導体１の両側面に前記プリプレグ材を貼り付け、例
えば整形コイル導体をコイル固めする工程で貼り付けた
プリプレグ材をヒ−トプレスして整形コイル導体表面に
固着させることにより、図５に示す熱膨張係数が大きい
樹脂溜まり８の部分を熱膨張係数が整形コイル導体およ
び対地主絶縁層のそれに近い熱膨張緩和層５に置き換え
た整形コイル導体１が形成される。したがって、熱膨張
緩和層５が形成された整形コイル導体１の外側に樹脂含
浸タイプまたはレジンリッチタイプの対地主絶縁層４を
形成すれば、従来技術で問題となった樹脂溜まり部分が
あらかじめ熱膨張緩和層５に置き換えられてその表面が
平面化しているので、熱膨張緩和層５と対地主絶縁層４
との間に樹脂溜まりの無い高電圧回転機コイルを得るこ
とができる。なお、熱膨張緩和層と対地主絶縁層の接着
性を高めるために、熱膨張緩和層５の表面はサンドぺ−
パなどを用いてあらかじめ粗面化処理をしておくことが
好ましい。
【００１６】図２は実施例になる高電圧回転機コイルの
耐ヒ−トサイクル性試験結果を従来コイルのそれと比較
して示す特性線図であり、供試コイルはいずれも１１Ｋ
Ｖ級で、ガラス基材集成マイカにエポキシ樹脂を真空含
浸した樹脂含浸タイプの対地主絶縁層を持ち、その熱膨
張係数は１．５×１０-5／°Ｃとなるよう構成される。
また、実施例コイルの熱膨張緩和層はその熱膨張係数が
１．６×１０-5／°Ｃとなるようマイカ粉末の配合量を
調整したエポキシ樹脂プリプレグ材を用いて形成した。
一方、ヒ−トサイクル処理は４０°Ｃと１６０°Ｃとの
間の温度変化を１日４回繰り返す条件で最長２年間（３
０００サイクル）行い、耐ヒ−トサイクル性能の低下を
誘電正接−電圧特性により評価した。図の縦軸は誘電正
接の電圧変化（Δｔａｎδ）がとってあり、その値は部
分放電の電荷量，言い換えればコイル絶縁中の空隙の大
きさに比例すると考えてよい。図において、曲線Ｂで示
す従来コイルのΔｔａｎδ値はヒ−トサイクル２００サ
イクル以下で既に４％にまで増加し、コイル内に大きな
空隙が発生したことを示しているが、曲線Ａで示す実施
例コイルは３０００サイクル到達時点でもΔｔａｎδの
増加量は極めて僅か（０．５％以下）であり、熱膨張緩
和層を設けたことによる空隙等の欠陥を抑制する効果が
優れていることを如実に物語っている。
耐ヒ−トサイクル性試験結果を従来コイルのそれと比較
して示す特性線図であり、供試コイルはいずれも１１Ｋ
Ｖ級で、ガラス基材集成マイカにエポキシ樹脂を真空含
浸した樹脂含浸タイプの対地主絶縁層を持ち、その熱膨
張係数は１．５×１０-5／°Ｃとなるよう構成される。
また、実施例コイルの熱膨張緩和層はその熱膨張係数が
１．６×１０-5／°Ｃとなるようマイカ粉末の配合量を
調整したエポキシ樹脂プリプレグ材を用いて形成した。
一方、ヒ−トサイクル処理は４０°Ｃと１６０°Ｃとの
間の温度変化を１日４回繰り返す条件で最長２年間（３
０００サイクル）行い、耐ヒ−トサイクル性能の低下を
誘電正接−電圧特性により評価した。図の縦軸は誘電正
接の電圧変化（Δｔａｎδ）がとってあり、その値は部
分放電の電荷量，言い換えればコイル絶縁中の空隙の大
きさに比例すると考えてよい。図において、曲線Ｂで示
す従来コイルのΔｔａｎδ値はヒ−トサイクル２００サ
イクル以下で既に４％にまで増加し、コイル内に大きな
空隙が発生したことを示しているが、曲線Ａで示す実施
例コイルは３０００サイクル到達時点でもΔｔａｎδの
増加量は極めて僅か（０．５％以下）であり、熱膨張緩
和層を設けたことによる空隙等の欠陥を抑制する効果が
優れていることを如実に物語っている。
【００１７】すなわち、従来の技術では図５に示すよう
に、整形コイル導体１と対地主絶縁層４との間に硬化し
た樹脂溜まり８が存在し、その熱膨張係数が大きくコイ
ルの温度変化に伴って整形コイル導体および対地主絶縁
層との間に熱膨張差に基づく大きな熱応力が作用するの
で、ヒ−トサイクルの繰り返しにより界面剥離が急速に
進行し、僅かなヒ−トサイクル数で空隙９が発生する。
これに対して実施例コイルでは、熱膨張緩和層が整形コ
イル導体の凹凸に食い込んで各素線導体２の絶縁被覆に
強固に固着し、かつ両者の熱膨張差が小さいので熱応力
も小さく、これらの相乗効果により先ず整形コイル導体
と熱膨張緩和層との界面のヒ−トサイクルによる剥離が
排除される。
に、整形コイル導体１と対地主絶縁層４との間に硬化し
た樹脂溜まり８が存在し、その熱膨張係数が大きくコイ
ルの温度変化に伴って整形コイル導体および対地主絶縁
層との間に熱膨張差に基づく大きな熱応力が作用するの
で、ヒ−トサイクルの繰り返しにより界面剥離が急速に
進行し、僅かなヒ−トサイクル数で空隙９が発生する。
これに対して実施例コイルでは、熱膨張緩和層が整形コ
イル導体の凹凸に食い込んで各素線導体２の絶縁被覆に
強固に固着し、かつ両者の熱膨張差が小さいので熱応力
も小さく、これらの相乗効果により先ず整形コイル導体
と熱膨張緩和層との界面のヒ−トサイクルによる剥離が
排除される。
【００１８】一方、対地主絶縁層に対しては、樹脂含浸
時に整形コイル導体の凹凸部分を通って余分な樹脂が侵
入して樹脂溜まり８を形成するのを、この部分が既に熱
膨張緩和層５により充填されていることにより回避で
き、かつ対地主絶縁層４をヒ−トプレスして熱膨張緩和
層側に押圧した状態で硬化処理することにより樹脂溜ま
りを一層効果的に排除でき、さらに両者の熱膨張差が小
さく界面に作用する熱応力を低減できるので、これらの
相乗効果により熱膨張緩和層と対地主絶縁層の界面にお
ける空隙の発生をも排除することができる。なお、レジ
ンリッチタイプの対地主絶縁層についても、そのヒ−ト
プレスによる樹脂の硬化工程において、プリプレグ材か
ら整形コイル導体側に滲み出す余分な樹脂量を熱膨張緩
和層が抑えるよう機能するので、樹脂含浸タイプの場合
と同様な作用効果が得られる。なお、熱膨張緩和層はそ
の材料構成が対地主絶縁層のそれに近く、したがってコ
イルの絶縁上は対地主絶縁層の一部として機能して対地
電圧を分担するので、熱膨張緩和層を設けた分対地主絶
縁層の厚みを縮小することが可能であり、さらに部分放
電特性の改善効果を考慮すれば、熱膨張緩和層を含めた
対地主絶縁層の厚みを従来寸法より縮小することが可能
になる。
時に整形コイル導体の凹凸部分を通って余分な樹脂が侵
入して樹脂溜まり８を形成するのを、この部分が既に熱
膨張緩和層５により充填されていることにより回避で
き、かつ対地主絶縁層４をヒ−トプレスして熱膨張緩和
層側に押圧した状態で硬化処理することにより樹脂溜ま
りを一層効果的に排除でき、さらに両者の熱膨張差が小
さく界面に作用する熱応力を低減できるので、これらの
相乗効果により熱膨張緩和層と対地主絶縁層の界面にお
ける空隙の発生をも排除することができる。なお、レジ
ンリッチタイプの対地主絶縁層についても、そのヒ−ト
プレスによる樹脂の硬化工程において、プリプレグ材か
ら整形コイル導体側に滲み出す余分な樹脂量を熱膨張緩
和層が抑えるよう機能するので、樹脂含浸タイプの場合
と同様な作用効果が得られる。なお、熱膨張緩和層はそ
の材料構成が対地主絶縁層のそれに近く、したがってコ
イルの絶縁上は対地主絶縁層の一部として機能して対地
電圧を分担するので、熱膨張緩和層を設けた分対地主絶
縁層の厚みを縮小することが可能であり、さらに部分放
電特性の改善効果を考慮すれば、熱膨張緩和層を含めた
対地主絶縁層の厚みを従来寸法より縮小することが可能
になる。
【００１９】図３はこの発明の異なる実施例を示す高電
圧回転機コイルの断面図であり、熱膨張緩和層１５が頭
部詰め物３を含む整形コイル導体１の全周を覆うよう設
けられた点が前述の実施例と異なっており、整形コイル
導体の外周をシ−ト状のプリプレグ材で寿司巻き状に包
むか、あるいはテ−プ状のプリプレグ材をテ−ピングす
ることにより、容易に熱膨張緩和層を形成できる利点が
得られる。
圧回転機コイルの断面図であり、熱膨張緩和層１５が頭
部詰め物３を含む整形コイル導体１の全周を覆うよう設
けられた点が前述の実施例と異なっており、整形コイル
導体の外周をシ−ト状のプリプレグ材で寿司巻き状に包
むか、あるいはテ−プ状のプリプレグ材をテ−ピングす
ることにより、容易に熱膨張緩和層を形成できる利点が
得られる。
【００２０】図４はこの発明の他の実施例を示す高電圧
回転機コイルの断面図であり、整形コイル導体の全周を
覆う熱膨張緩和層２５が、整形コイル導体１の頭部詰め
物２３を兼ねるよう局部的に厚く形成された点が前述の
各実施例と異なっており、プリプレグ材を列端の段差部
分に充填した後、プリプレグ材で全体を包むことによ
り、加工工数の増加を殆ど伴わずに整形コイル導体と一
体化した熱膨張緩和層２５を容易に形成することができ
る。ことにこの実施例は、素線導体寸法が小さい高圧誘
導電動機の亀甲型コイル等、段差部分が小さいコイルに
適用して耐ヒ−トサイクル性能を向上することに有効に
利用できる。
回転機コイルの断面図であり、整形コイル導体の全周を
覆う熱膨張緩和層２５が、整形コイル導体１の頭部詰め
物２３を兼ねるよう局部的に厚く形成された点が前述の
各実施例と異なっており、プリプレグ材を列端の段差部
分に充填した後、プリプレグ材で全体を包むことによ
り、加工工数の増加を殆ど伴わずに整形コイル導体と一
体化した熱膨張緩和層２５を容易に形成することができ
る。ことにこの実施例は、素線導体寸法が小さい高圧誘
導電動機の亀甲型コイル等、段差部分が小さいコイルに
適用して耐ヒ−トサイクル性能を向上することに有効に
利用できる。
【００２１】
【発明の効果】この発明は前述のように、熱膨張係数が
整形コイル導体のそれより小さく，対地主絶縁層のそれ
と同等またはそれ以上の値を有する絶縁材からなる熱膨
張緩和層を、整形コイル導体と対地主絶縁層と間に相互
に密着して形成するよう構成した。その結果、整形コイ
ル導体と対地主絶縁層が剥離する原因となる熱膨張係数
が大きい樹脂層を、熱膨張差の少ない熱膨張緩和層に置
き換え、コイルのヒ−トサイクルによる熱応力を緩和す
ることが可能となり、従来技術で解決できなかった整形
コイル導体と対地主絶縁層のヒ−トサイクルによる剥離
を防止して耐ヒ−トサイクル性を向上する効果が得られ
る。したがって、起動，停止の繰り返し頻度の高い高電
圧の発電機や電動機にこの発明になる高電圧回転機コイ
ルを適用した場合、起動，停止によるコイルの温度変化
により部分放電特性が低下することがなく、長期絶縁信
頼性に優れた可使用寿命の長い回転電機を提供できると
ともに、コイル絶縁の部分放電劣化が原因で発生する整
形コイル導体のレヤ−ショ−ト事故や対地主絶縁層の絶
縁破壊事故と、これに伴う電力の供給支障や生産性の低
下，およびこれらに伴う経済的損失をも排除できる利点
が得られる。また、熱膨張緩和層が絶縁材で構成されて
対地電圧の一部分を分担するとともに、部分放電特性が
改善されるので、高電圧回転機コイルの絶縁寸法を従来
より縮小することが可能になる。
整形コイル導体のそれより小さく，対地主絶縁層のそれ
と同等またはそれ以上の値を有する絶縁材からなる熱膨
張緩和層を、整形コイル導体と対地主絶縁層と間に相互
に密着して形成するよう構成した。その結果、整形コイ
ル導体と対地主絶縁層が剥離する原因となる熱膨張係数
が大きい樹脂層を、熱膨張差の少ない熱膨張緩和層に置
き換え、コイルのヒ−トサイクルによる熱応力を緩和す
ることが可能となり、従来技術で解決できなかった整形
コイル導体と対地主絶縁層のヒ−トサイクルによる剥離
を防止して耐ヒ−トサイクル性を向上する効果が得られ
る。したがって、起動，停止の繰り返し頻度の高い高電
圧の発電機や電動機にこの発明になる高電圧回転機コイ
ルを適用した場合、起動，停止によるコイルの温度変化
により部分放電特性が低下することがなく、長期絶縁信
頼性に優れた可使用寿命の長い回転電機を提供できると
ともに、コイル絶縁の部分放電劣化が原因で発生する整
形コイル導体のレヤ−ショ−ト事故や対地主絶縁層の絶
縁破壊事故と、これに伴う電力の供給支障や生産性の低
下，およびこれらに伴う経済的損失をも排除できる利点
が得られる。また、熱膨張緩和層が絶縁材で構成されて
対地電圧の一部分を分担するとともに、部分放電特性が
改善されるので、高電圧回転機コイルの絶縁寸法を従来
より縮小することが可能になる。
【００２２】また、整形コイル導体が長方形断面をも
ち、その長辺側の両側面に熱膨張緩和層を設けるよう構
成すれば、樹脂溜まりの発生原因となる整形コイル導体
表面の凹凸を熱膨張緩和層によって重点的に埋めて熱応
力を効果的に低減し、耐ヒ−トサイクル性を向上できる
利点が得られる。
ち、その長辺側の両側面に熱膨張緩和層を設けるよう構
成すれば、樹脂溜まりの発生原因となる整形コイル導体
表面の凹凸を熱膨張緩和層によって重点的に埋めて熱応
力を効果的に低減し、耐ヒ−トサイクル性を向上できる
利点が得られる。
【００２３】さらに、熱膨張緩和層を整形コイル導体の
全周面を覆うよう設ければ、より確実な剥離防止機能が
得られるとともにに、必要に応じて熱膨張緩和層が頭部
詰物を兼ねるよう構成すれば、整形コイル導体を素線固
めする工程で頭部詰め物および熱膨張緩和層を同時に形
成できるので、製造工程を合理化できる利点が得られ
る。
全周面を覆うよう設ければ、より確実な剥離防止機能が
得られるとともにに、必要に応じて熱膨張緩和層が頭部
詰物を兼ねるよう構成すれば、整形コイル導体を素線固
めする工程で頭部詰め物および熱膨張緩和層を同時に形
成できるので、製造工程を合理化できる利点が得られ
る。
【図１】この発明の実施例になる高電圧回転機コイルを
示す断面図
示す断面図
【図２】実施例になる高電圧回転機コイルの耐ヒ−トサ
イクル性試験結果を従来コイルのそれと比較して示す特
性線図
イクル性試験結果を従来コイルのそれと比較して示す特
性線図
【図３】この発明の異なる実施例を示す高電圧回転機コ
イルの断面図
イルの断面図
【図４】この発明の他の実施例を示す高電圧回転機コイ
ルの断面図
ルの断面図
【図５】高電圧回転機コイルの従来構造を示す断面図
１ 整形コイル導体 ２ 素線導体 ３ 頭部詰物 ４ 対地主絶縁層 ５ 熱膨張緩和層 ８ 樹脂溜まり ９ 空隙 １５ 熱膨張緩和層 ２３ 熱膨張緩和層の頭部詰め物部分 ２５ 頭部詰め物を兼ねた熱膨張緩和層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 3/30 - 3/52 H20K 15/12
Claims (4)
- 【請求項１】転位した素線導体の整列体からなり頭部詰
物を有する整形コイル導体と、マイカテ−プ層を含む熱
硬化性樹脂の硬化物からなり，前記整形コイル導体の外
周を覆う対地主絶縁層とを有するものにおいて、前記整
形コイル導体と前記対地主絶縁層とに密着するよう介装
された無機質充填材を含む熱硬化性樹脂の硬化物層から
なる熱膨張緩和層を備え、その熱膨張係数が前記整形コ
イル導体のそれより小さく，前記対地主絶縁層のそれと
同等またはそれ以上の値を有することを特徴とする高電
圧回転機コイル。 - 【請求項２】整形コイル導体が長方形断面をもち、その
長辺側の両側面に熱膨張緩和層が設けられてなることを
特徴とする請求項１記載の高電圧回転機コイル。 - 【請求項３】熱膨張緩和層が成形コイル導体の全周面を
覆うよう設けられてなることを特徴とする請求項１記載
の高電圧回転機コイル。 - 【請求項４】熱膨張緩和層が頭部詰物を兼ねたことを特
徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の高
電圧回転機コイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5179391A JP2861441B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 高電圧回転機コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5179391A JP2861441B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 高電圧回転機コイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289745A JPH04289745A (ja) | 1992-10-14 |
| JP2861441B2 true JP2861441B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12896821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5179391A Expired - Fee Related JP2861441B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 高電圧回転機コイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861441B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2348615A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-27 | Alstom Technology Ltd | Conductive bar for electric machines |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP5179391A patent/JP2861441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04289745A (ja) | 1992-10-14 |
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