JP2889325B2 - 耐熱絶縁線輪の製造方法 - Google Patents

耐熱絶縁線輪の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、例えば高速増殖炉における液体ナトリウム
循環用の電磁ポンプの様に、300℃以上の高温で用いら
れる電気機器の耐熱絶縁線輪の製造方法に関するもので
ある。
(従来の技術) 300℃以上の高温で使用できる耐熱絶縁線輪は、殆ど
知られていない。MIケーブル(古河電工社の商品)の様
に、導体と金属シースの間に酸化マグネシウムの粉を充
填した耐熱絶縁電線が知られているが、これは金属シー
スがあるために、渦電流対策が必要であり、しかも導体
占積率が低くなるので、容量の大きい電気機器の線輪に
は不向きであった。
また、特公昭62−11241号公報や特公昭62−1242号公
報には、コイルの線間空隙部分およびコイルの外表面部
の少なくとも一部にシリコーン系樹脂または、そのシリ
コーン系樹脂と高融点無機粉末を充填および/または被
覆した後焼成して無機質層を形成したことを特徴とする
耐熱絶縁コイルが記載されている。
さらに、特公昭62−57086号公報や特公昭62−57087号
公報には、導体上に無機絶縁層または使用中の異常時等
の高温時に、無機物化する耐熱絶縁絵電線を巻付け加工
したコイルを固定する方法の耐熱絶縁コイル装置の製法
が記載されている。
(発明が解決しようとする課題) これら公知例に記載されている耐熱絶縁線輪は、表面
に粉末状の無機質層が形成されるため、長期間使用され
ると露出している粉末状の無機質層が徐々に粉末化し、
ぼろぼろと脱落し、崩壊していくので、長期間安定して
用いることができない。また、あまり厚い無機質層を形
成できないため、絶縁破壊電圧が低く、高電圧用の機器
には用いることができないという欠点があった。このよ
うに高電圧の機器の場合、マイカテープや絶縁テープを
無機ポリマー(無機化し得るポリマー)や無機質の接着
剤によって、加熱加圧し成形した後、焼成し完全に無機
化した絶縁を形成することが考えられる。
しかし、この様に全体を接着剤で固めた絶縁は、起動
時や停止時に、導体と絶縁層間の熱膨張率の相違によ
り、熱応力が発生し、このヒートサイクルが繰り返され
ると疲労により絶縁にクラックが発生し、絶縁低下を来
たす。特に、大容量機用の大形巻線やより高温で使用さ
れる機器でこのような現象が発生し易い。
したがって、高速増殖炉の液体ナトリウムの循環用
の、液体ナトリウム浸漬形無冷却電磁ポンプ等の様な30
0℃以上の高温で使用される絶縁線輪は、300℃以上の高
温で長期間安定して使用できる高い耐熱性が必要であ
り、また、導体占積率を高くして、絶縁線輪自体および
電磁ポンプの外形を小さくすることが求められている。
大容量機においてはヒートサイクルによって絶縁劣化の
起きない高電圧の絶縁線輪が必要となる。
本発明は、このような要望に応えるためになされたも
ので、300℃以上の高温で、長期間安定して使用でき、
ヒートサイクルによって絶縁劣化の起きない高電圧にも
用いることができる耐熱絶縁線輪の製造方法を提供する
ことを目的としている。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は、導体に無機化シリコーンまたは無機塗料を
塗布しながら、無機質の補強材を、無機化シリコーンま
たは無機塗料から成る接着剤で貼り合わせて成るマイカ
テープを巻回し、300℃以上の温度で焼成し無機化した
後、この上から、機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ
接着剤を有しない無機質の絶縁テープを巻回して耐熱絶
縁線輪を製造するものである。
前述の無機化シリコーンまたは無機塗料には、無機質
の充填剤を加えても良い。
ここで、無機質の充填剤としては、アルミナ(Al
2O3),マグネシア(MgO),シリカ(SiO2),ジルコニ
ア(ZrO2),ステアタイト(MgSiO3),クレー,カオリ
ン,マイカ粉、高融点ガラスフリット等が含まれる。こ
れら充填剤の粒径は、無機化シリコーンと混合しやす
く、塗り易くするために、平均粒径10μm以下が好まし
い。
また、無機化シリコーンとは、高温で焼成することに
より無機化するシリコーンの総称であり、例えばアルキ
ルシリケート系のシリコーンAY49−208(東レ シリコ
ーンの社商品名)、無機充填剤入ボロシロキサン系塗料
SMR−109(昭和電線電纜社の商品名)やメチルポリシロ
キンから成る感圧接着剤YR3286(東芝シリコーン社の商
品名)等が含まれる。
さらに、無機塗料としてはモノリン酸アルミニウム,
リン酸珪素などのリン酸塩,コロイダルシリカやコロイ
ダルアルミナなどが含まれる。
無機質の充填剤を無機化シリコーンに多く配合すれば
一般に熱的に安定となるし、価格も安くなる。しかし、
充填剤自身は焼成により結合しないので、焼成すること
により強固な結合を形成する程度の無機化シリコーンを
配合する必要がある。
一方、無機質の充填剤と無機化シリコーンの配合化
は、塗り難くならず、かつ焼成後脆くならない様に選択
することが必要である。通常は、無機質の充填剤含有率
が10〜90重量%程度がよい。
また、マイカテープの補強材および耐熱性を有し接着
剤を有しない無機質の絶縁テープとしては、アルミナ,
アルミナ・ボリア・シリカ(例えば米国スリーエムの商
品名ではネクステル),シリカなどの耐熱性があり機械
的強度の大きい繊維を織った織布または不織布などを使
用する。織布の場合、絶縁層の熱伝導性を良くするため
に、繊維の密度を高く織ったものが好ましい。一般にマ
イカテープの補強材用には30〜400μm程度の薄いテー
プの方がマイカ層を占積率を上げ、単位厚さ当りの絶縁
破壊電圧を大きくとれ絶縁設計上有利であり、表面に巻
く機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ接着剤を有しな
い無機質の絶縁テープは、機械的強度が必要なので、10
0〜500μm程度の比較的厚いテープが適している。
なお、絶縁テープ端末の緩み止めは、アルミナ,アル
ミナ・ボリカ・シリカ,シリカなどの無機質繊維から成
る糸で押え巻くか、または絶縁テープの端末のみ前述し
た無機化シリコーンもしくは無機塗料を塗布し、高温焼
成処理で接着させる。
(作用) ここで、マイカテープを使用するのは、マイカは耐熱
性が高く、また、絶縁破壊電圧や耐電圧性に優れている
ためである。導体近傍にマイカテープを使用したのは、
導体近傍の方が電界が高く、耐電圧性の高い材料を置く
ことにより、寿命を長くすることができるからである。
マイカテープは、電気的特性は優れているが機械的強
度にやや劣るので、機械的強度の高い耐熱性のある無機
質の絶縁テープを機械的強度の劣るマイカテープの上か
ら巻回し、押えることによって、マイカテープがばらば
らに崩れてしまうのを防ぐことができる。
無機質の充填剤を含む無機化シリコーン、または無機
塗料を塗りながら、マイカテープを巻回し焼成するの
は、導体とマイカテープ間およびマイカテープ同士をお
互いに接着することにより、強固な絶縁層を形成するこ
とができるからである。
マイカは、劈開性に富んでいるため、機器の運転・停
止に伴うヒートサイクルによる熱応力をマイカ層がずれ
ることにより吸収してしまう。したがって、無機化シリ
コーンまたは無機塗料により焼成し、強固に固めてクラ
ックが発生することはない。
一方、表面に巻回した無機質の絶縁テープは、接着剤
が塗布されてないため、ヒートサイクルによる熱応力を
自身が変形することによって吸収してしまう。したがっ
て、絶縁テープが切断するようなことは起きない。ただ
し、この様に接着剤を有しない絶縁テープを表面に巻回
すると、絶縁テープが緩むので前述した様な緩み止めが
必要となる。
本発明において、無機質の補強材を、無機化シリコー
ンまたは無機塗料から成る接着剤で貼り合わせて成るマ
イテープを巻回した後、一旦300℃以上の温度で焼成し
無機化するのは、前記マイカテープの接着剤やマイカテ
ープ巻回時に塗布する無機化シリコーンまたは無機塗料
を300℃以上の高温で焼成する際に発生する揮発性成分
が、この上から巻回される機械的強度が大きく耐熱性に
優れかつ接着剤を有しない無機質の絶縁テープに付着す
ると、無機質の絶縁テープの機械的強度が著しく低下す
るためである。
なお、本発明の耐熱絶縁線輪において、使用温度が30
0℃程度の高温で使用される場合は、マイカとしては硬
質マイカより、軟質マイカが良い。何故なら、硬質マイ
カの方が軟質マイカより結晶水放出温度が低く、耐熱性
が低いからである。第3図にマイカ巻線縁の高温での1.
5kV/mmでの課電寿命試験結果の一例を示すが、硬質マイ
カテープ巻絶縁Aの方が硬質マイカ巻絶縁Bに比べ高温
で課電寿命特性が優れていることが分る。
さらに、本発明で使用される導体としては、絶縁被覆
のない導体そのもので良く、また絶縁被覆のある絶縁電
線でも良い。
(実施例) 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例1 第1図において、導体1は、ニッケルメッキをしたア
ルミナ分散強化銅2(グリデンメタル社の商品名Glid c
opAL−15)から成る平角線に、厚さ50μmのシリカクロ
スと厚さ100μmの軟質無焼成集成マイカシートとを少
量のシリコーン(例えば東芝シリコーン社の商品名YR32
86)を接着剤として貼合わせて成るマイカテープ3を巻
回したもので、この導体1を、内径400mm,外径800mm,厚
さ40mmとなる様にパンケーキ状に巻いた後、無機質充填
剤を含むアルキルシリケート系の無機化シリコーン(東
レシリコーン社の商品名AY49−208)やアルミナ等の無
機質の接着剤4等を用いて成形する。さらに、この上か
ら厚さ50μmのアルミナ織布を厚さ100μmの無焼成軟
質集成マイに裏打補強し、これに上記の無機質充填剤を
含む無機化シリコーン(東レシリコーン社の商品名AY49
−208)と無機充填剤入ボロシロキサン系樹脂塗料(昭
和電線電纜社の商品名SMR−1069)とシリコーン感圧接
着剤(東芝シリコーン社の商品名YR3286)とを塗布して
なるマイカテープ5を、上記無機質充填剤を含む無機化
シリコーン(東レシリコーン社の商品名AY49−208)を
塗布しながら1/2重ね巻で3回巻回した。この外側に離
型用のポリテトラフルオロエチレンテープ(図示しな
い)を巻き、鉄板を当てた後、熱収縮性ポリエステルテ
ープ(フィルム状,チューブ状,または織布状のもので
もよい)を巻き、これを80℃で1時間、130℃で2時間,
150℃で2時間,さらに180℃で15時間加熱して硬化させ
た。この後、前記熱収縮性ポリエステルテープ,鉄板,
離型用のポリテトラフルオロエチレンテープを除去し、
この線輪を空気中で300℃で8時間,600℃で8時間焼成
し、耐熱絶縁線輪を得た。
上記の製造過程において、加熱硬化時の加圧は、熱収
縮性ポリエステルテープの加熱収縮によって行われ、さ
らに、高温での加熱焼成により絶縁層中に含まれる有機
質成分は飛散焼失して無機化(セラミック化)し、完全
に無機質の絶縁層が形成された。さらに、この上から接
着剤を有しない無機質の絶縁テープとして、厚さ300μ
mの接着剤を有しないアルミナ繊維織布からなる絶縁テ
ープ6を1/2重ね巻きで1回巻回した。然る後、絶縁テ
ープの端末が緩まない様に、アルミナ繊維からなる糸を
前記絶縁テープの巻回端末上から押え付けながら巻回
し、絶縁層を形成した。
一方比較例1として、前述した実施例1に従いマイカ
テープ4を巻き終わった後、この上から接着剤を有しな
い無機質の絶縁テープとして、厚さ300μmの接着剤を
有しないアルミナ繊維織布から成る絶縁テープ6を1/2
重ね巻きで1回巻回した。然る後、絶縁テープの端末が
緩まないように、アルミナ繊維から成る糸を前記絶縁テ
ープの巻回端末上から押え付けながら巻回し、絶縁層を
形成した。
また比較例2として、前述した実施例1に従いマイカ
テープ4を巻き終わった後、この上から前記接着剤を有
しない無機質の絶縁テープ代りに、前記無機質充填剤を
含む無機化シリコーン(東レシリコーン社の商品名AY49
−208)と無機充填剤入ボロシロキサン系樹脂塗料(昭
和電線電纜社の商品名SMR−109)を塗布し乾燥して成る
プリプレグ状の絶縁テープを無機質充填剤を含む無機化
シリコーン(東レシリコーン社の商品名AY49−208)を
塗布しながら前述したマイカテープ4の上から1/2重ね
巻で1回巻回し、絶縁層を形成した。
この後、比較例1,2とも、このように形成された絶縁
層の外側に前述した実施例1と同様に、離型用のポリテ
トラフルオロエチレンテープ(図示しない)を巻き、鉄
板を当てた後、熱収縮性ポリエステルテープ(フィルム
状,チューブ状,または織布状のものでもよい)を巻
き、これを80℃で1時間、130℃で2時間,150℃で2時
間,さらに180℃で15時間加熱して硬化させた。この
後、前記熱収縮性ポリエステルテープ,鉄板,離型用の
ポリテトラフルオロエチレンテープを除去して、この線
輪を空気中で300℃で8時間,600℃で8時間焼成し、耐
熱絶縁線輪を得た。
実施例2 実施例1の導体の代りに第2図に示すように、導体1
として厚さ5μmのニッケルメッキをした円形断面の直
径1.3mmのアルミナ分散強化銅5(グリデンメタル社の
商品名Glid copAL−15)からなる丸線にアルミン,ボリ
ア,シリカの3成分からなる高温用セラミック繊維7
(米国スリーエム社の商品名ネクステル)のヤーンを巻
回し、さらにその上から無機充填剤入ボロシロキサン系
樹脂塗料8(昭和電線電纜社の商品名SMR−109)を塗布
して、485℃で焼き付け、絶縁塗料の焼付被覆を形成し
て構成された耐熱絶縁電線9を無機質充填剤を含む無機
化シリコーン10(東レシリコーン社の商品名AY49−20
8)を塗布しながら多重巻回し加熱成形したものを使用
した。
以下、実施例1と同様にして耐熱絶縁線輪を製造し
た。
実施例1,2および比較例1,2により得られた耐熱絶縁線
輪を室温と650℃の間で1000回ヒートサイクルを行った
ところ、比較例2が最も早く、絶縁表面のアルミナ織布
テープにクラックが発生しアルミナ繊維が切断した。こ
のクラックはヒートサイクル数が多くなるにつれ、絶縁
層全面に広がり、クラック自身も拡大した。次に比較例
1に絶縁表面のアルミナ織布テープにクラックが発生し
たが、比較例2に比べてクラックの数も大きさも小規模
であった。これらに比べて、本実施例1,2の場合、ヒー
トサイクルを1000回終了した後も、クラックの発生は見
られなかった。ヒートサイクル1000回終了後の残存絶縁
破壊電圧(絶縁破壊電圧の初期値に対するヒートサイク
ル劣化後の絶縁破壊電圧の百分率)は、それぞれ実施例
1で93%,実施例2で89%,比較例1で78%,比較例2
で55%で本発明の絶縁線輪の残存絶縁破壊電圧が高かっ
た。このようにヒートサイクル試験によって、実施例に
比べ比較例が劣化が大きかったのは、第1表に絶縁線輪
から切り出したヒートサイクル試験前の絶縁表面のアル
ミナテープ部分の引張強さをテーピング前のテープの引
張強さに対す相対値として示すように、比較例のアミナ
テープは本発明のものに比べ、引張強さが著しく低いた
めと言える。比較例1では引張強さが低かったのはマイ
カテープ層中の無機化シリコーンを焼結する際に、揮発
性成分がアルミナ繊維に付着し焼結し繊維の強度を低下
させるためである。
なお、実施例1および2により得られた耐熱絶縁線輪
を窒素を封入した600℃の雰囲気で1年間加熱したが、
加熱後の破壊電圧はいずれも初期値の90%以上であっ
た。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、導体に無機化シ
リコーンまたは無機塗料を塗布しながら、無機質の補強
材を、無機化シリコーンまたは無機塗料から成る接着剤
で貼り合わせて成るマイカテープを巻回し、300℃以上
の温度で焼成し無機化し、導体に接している内側層に電
気特性、耐熱性に優れているマイカテープを形成した
後、この上から、機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ
接着剤を有しない無機質の絶縁テープを巻回しているの
で、電気的,機械的に優れた耐熱絶縁線輪が得られる。
また、この耐熱絶縁線輪は、高温で連続使用しても殆ど
性能の低下することがなく、機器運転・停止に伴って起
きるヒートサイクルが繰り返されても、絶縁層にクラッ
クが入ることもなく、絶縁性能の低下が殆ど起きない。
したがって、高速増殖炉における液体ナトリウム循環用
の電磁ポンプの様に、300℃以上の高温で用いられる耐
熱絶縁線輪に公的な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す耐熱絶縁線輪の横断面
図、第2図は本発明の他の実施例を示す耐熱絶縁線輪の
横断面、第3図は軟質マイカテープ巻絶縁と硬質マイカ
テープ巻絶縁の高温における課電寿命特性比較図であ
る。 1…導体 2…ニッケルメッキをしたアルミナ分散強化銅 3,5…マイカテープ 4…無機化シリコーンや無機質の接着剤 6…接着剤を有しない無機質の絶縁テープ 7…高温用セラミック繊維 8…無機充填剤入ボロシロキサン系樹脂塗料 10…無機質充填剤を含む無機化シリコーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01B 13/00 H01B 7/02 H01F 41/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導体に無機化シリコーンまたは無機塗料を
    塗布しながら、無機質の補強材を、無機化シリコーンま
    たは無機塗料から成る接着剤で貼り合わせて成るマイカ
    テープを巻回し、300℃以上の温度で焼成し無機化した
    後、この上から機械的強度が大きく耐熱性に優れかつ接
    着剤を有しない無機質の絶縁テープを巻回したことを特
    徴とする耐熱絶縁線輪の製造方法。
  2. 【請求項2】無機化シリコーンまたは無機塗料は無機質
    の充填剤を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の耐熱絶縁線輪の製造方法。
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