JP3150349B2 - 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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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【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。
【0002】
【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―ブル(古河電工
社の商品名)の様に、導体と金属シ―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―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。
【0003】また、特公昭62−1241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―ン系樹脂または、
そのシリコ―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。
【0004】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。
【0005】
【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、あまり厚い無機質層を形成で
きないことや、絶縁層自体が粗なため絶縁破壊電圧が低
く、高電圧用の機器に使えないという欠点があった。し
たがって、高電圧機器の場合、無機ポリマ―(高温で無
機物化し得るポリマ―)の接着剤を用いたガラスマイカ
テ―プを巻回して主絶縁とし、これを加熱加圧して成形
した後焼成し、完全に無機化した絶縁を形成する方法が
考えらる。
【0006】しかし、このように全体を接着剤で固めた
絶縁は、機器の起動時や停止時に、導体と絶縁層間の熱
膨張率の違いにより熱応力が発生し、このヒ―トサイク
ルが繰り返さると疲労により絶縁にクラックが発生し、
絶縁性能が低下する。特に、大容量機用の大形巻線やよ
り高温で運転される機器でこのような現象が発生し易
い。
【0007】したがって高速増殖炉で用いる液体ナトリ
ウム浸漬形無冷却電磁ポンプのような 300℃以上の高温
で使用される絶縁線輪は、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る。大容量機においては、ヒ
―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。
【0008】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―トサイクルによって絶縁性能が低下しな
い高電圧にも用いることができる耐熱絶縁線輪を提供す
ることを目的とする。[発明の構成]
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、無機質の補強
材を無機質の接着剤で貼合せて成るマイカシ―トを短冊
状に加工し、互いに重ね合せながら導体を包み、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―プを巻回した後、 300℃以上
の高温で焼成して、耐熱絶縁線輪を製造するものであ
る。
【0010】ここで、無機質の接着剤としては高温で焼
成することによって無機化する無機化シリコ―ンがあ
る。例えば、アルキルシリケ―ト系のシリコ―ンAY49
− 208(東レシリコ―ン社の商品名),無機充てん剤入
ボロシロキサン系塗料SMR−109(昭和電線電纜社の
商品名)等が含まれる。さらにモノリン酸アルミニウ
ム,コロイダルシリカやコロイダルアルミナ等が含まれ
る。
【0011】また、マイカシ―トの補強材および接着剤
を有しない無機質の絶縁テ―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―エム社の商
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。
【0012】短冊状のマイカシ―トを重ね合せながら導
体を包み込む方法には、柔軟性のあるマイカシ―トを用
いる場合と、マイカシ―トをあらかじめほぼ導体形状に
成形し、これを重ね合せる方法がある。さらには、マイ
カシ―トの成形品に限らず、高温での機械的,電気的強
度の優れたアルミナ(Al2 3 ),窒化ケイ素(Si
3 4 )などのセラミック成形品がある。
【0013】なお、絶縁テ―プ端末の緩み止めは、アル
ミナ,アルミナ・ボリア・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―プの端末
のみ前述した無機接着剤を塗布し、高温焼成処理で接着
させる。
【0014】
【作用】ここでマイカシ―トを使用するのは、マイカは
耐熱性が高く、絶縁破壊電圧や耐電圧特性に優れている
ためである。
【0015】マイカシ―トは、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―プを機械的強度の劣るマイカテ
―プの上から巻回し、押えることによって、マイカシ―
トがばらばらに崩れてしまうのを防ぐことができる。
【0016】マイカシ―トを連続して巻きつけるのでは
なく、短冊状のマイカシ―トを折り重ねて導体を絶縁し
たので、機器のヒ―トサイクル運転時に導体と絶縁物の
熱膨張差により生じる熱応力を、マイカシ―ト間が容易
にずれることにより吸収し絶縁の損傷を防ぐことができ
る。
【0017】一方、表面に巻回した無機質の絶縁テ―プ
は、接着剤が塗布されていないため、ヒ―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―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―プ
を表面に巻回すると、絶縁テ―プが緩むので前述した様
な緩み止めが必要となる。また、短冊状のマイカシ―ト
を折り重ね、その上を絶縁テ―プで巻き押える方法を交
互に施せば、厚い絶縁層を必要とする高電圧絶縁も容易
に製作できる。
【0018】
【実施例】実施例1
【0019】図1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 copAL−15)から成る平角線に、厚さ50μmのシ
リカクロスと厚さ 100μmの無焼成軟質集成マイカシ―
トとを少量のシリコ―ン(例えば東芝シリコ―ン社の商
品名YR3286)を接着剤として貼合せて成るマイカテ―
プ3を巻回したもので、この導体1を内径 500mm,外径
900mm,厚さ40mmとなる様にパンケ―キ状に巻いた後、
無機化シリコ―ン(東レシリコ―ン社の商品名AY49−
208)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のアルミナクロスを厚さ 100
μmの無焼成集成マイカに補強し、これに無機化シリコ
―ン(東レシリコ―ン社の商品名AY49− 208)とシリ
コ―ン感圧接着剤(東芝シリコ―ン社の商品名YR328
6)とを30重量%塗布して成るマイカシ―ト5を以下に
述べる方法で施した。短冊状に切ったマイカシ―ト5a
をコの字形にして導体を包む。ついで短冊状のマイカシ
―ト5bをマイカシ―ト5aの端部が重なるようにコの
字形にして導体を包み込む。このようにして、パンケ―
キ状導体の円周方向に対しても、1/2重ねになるよう
にマイカシ―トで導体を包み込んだ。さらに、この上か
ら接着剤を有しない無機質の絶縁テ―プ6として、厚さ
300μmのアルミナ繊維クロスから成る絶縁テ―プ7を
1/2重巻きで1回巻回した。つづいて絶縁テ―プの端
末が緩まない様に無機化シリコ―ン(東レシリコ―ン社
の商品名AY49− 208)を塗布して止め絶縁層を形成し
た。
【0020】一方、比較例として、実施例1のマイカシ
―トの代りに、マイカシ―トと同じ組成のマイカテ―プ
を製作し、無機化シリコ―ン(東レシリコ―ン社の商品
名AY49− 208)を塗りながら1/2重ね巻で連続巻き
を行った。さらに、実施例1の接着剤を有しないアルミ
ナ繊維クロスから成る絶縁テ―プ7の代りに、アルミナ
繊維クロスに無機化シリコ―ン(東レシリコ―ン社の商
品名AY49− 208)と無機充てん剤入りボロシロキサン
系塗料(昭和電線電纜社の商品名SMR− 109)とを塗
布して成る絶縁テ―プを無機化シリコ―ン(東レシリコ
―ン社の商品名AY49− 208)を塗りながらマイカテ―
プの上から1/2重ねで1回巻回し絶縁層を形成した。
絶縁厚さは実施例1と同じにした。
【0021】このようにして形成された絶縁層の外側に
離型用のポリテトラフルオロエチレンテ―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
―プを巻き、これを80℃で1時間, 130℃で2時間, 1
50℃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―プ,鉄板,
離型用のポリテトラフルオロエチレンテ―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。
【0022】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―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。 実施例2
【0023】実施例1の導体の上に、図2に示すような
コの字形の絶縁成形品7を用い、実施例1の短冊状に切
ったマイカシ―トで包み込む要領で絶縁した。すなわち
成形絶縁板の端部が重なり合うよにし、かつ導体の長手
方向に1/2重ねになるようにして絶縁した。さらに、
この上から実施例1と同様に接着剤を有しないアルミナ
繊維クロスから成る絶縁テ―プを巻回し、端末が緩まな
いように前記無機化シリコ―ン(東レシリコ―ン社の商
品名AY49− 208)を塗布して止めた。絶縁厚さは実施
例1と同じにした。以下、実施例1と同様にして絶縁線
輪を製造した。ここで、成形絶縁板の製造方法を述べ
る。実施例1で用いたマイカシ―トをコの字形の成形型
に入れ、80℃で1時間, 130℃で2時間, 150℃で2時
間加熱して硬化させた。このようにして製作した成形絶
縁板は柔軟性があるため、導体になじみやすく、成形絶
縁板どうしの重ね合せも容易にできる。また、絶縁成形
品を接着剤を有しない無機質の絶縁テ―プで交互に押え
巻きすれば、絶縁層の厚い高電圧絶縁が製作できる。
【0024】また、絶縁成形品としてセラミック成形品
を用いればより機械強度の大きい高電圧絶縁線輪が製作
できる。セラミック成形体としては例えばアルミナ(A
23 ),ステアタイト(MgO・SiO2 ),窒化
アルミニウム(AlN),窒化ほう素(BN),ジルコ
ン(ZrO2 ・SiO2 )などがある。
【0025】実施例1,2および比較例により得られた
耐熱絶縁線輪を50℃と 650℃の間で1000回ヒ―トサイク
ルを行ったところ、比較例が最も早く、絶縁表面のアル
ミナ織布テ―プにクラックの発生しアルミナ繊維が切断
した。このクラックはヒ―トサイクル数が多くなるにつ
れ、絶縁層表面に広がり、クラック自身も拡大した。こ
れに比べて本実施例1,2の場合ヒ―トサイクルを10
00回終了した後も、クラックの発生は見られなかっ
た。ヒ―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―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92
%,実施例2で90%,比較例で55%で本発明の絶縁線輪
の残存絶縁破壊電圧が高かった。また、絶縁層を分解調
査した結果、比較例ではマイカテ―プがところどころ切
断していた。これは、導体と絶縁層との熱膨張差により
マイカテ―プの長手方向に熱応力が加わるため、耐え切
れずにマイカテ―プが切断したものである。これに対し
て、実施例1,2ではマイカシ―トは長手方向にあらか
じめラップさせてあるため、熱応力が加わっても、この
ラップ目でたくみにずれマイカシ―トの切断は起きな
い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、無
機質の補強材を、無機化シリコ―ンまたは無機塗料から
成る接着剤で貼り合せて成る短冊状のマイカシ―トを重
ね合せながら、導体を包み、この上から接着剤を有しな
い無機質の絶縁テ―プを巻回したので電気的,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、機器の運転・停止に伴って起きるヒ―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、絶縁層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よう
に、300℃以上の高温で用いられる耐熱絶縁線輪の製造
方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す耐熱絶縁線輪の横断面
図。
【図2】本発明の他の実施例に用いる絶縁成形品の斜視
図。
【符号の説明】
1…導体 2…ニッケルメッキしたアルミナ分散強化銅 3…マイカテ―プ 4…無機質の接着剤 5a,5b…短冊状マイカシ―ト 6…接着剤を有しない無機質の絶縁テ―プ 7…絶縁成形品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 5/06 H01F 27/32 H01F 41/12 H01R 13/73 - 13/74 H02K 3/30 - 3/52 H01B 7/30 - 7/42

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無機質の補強財を無機質の接着剤で貼合
    わせてなるマイカシートを予め導体形状に合わせて成形
    した絶縁成形部材を重ねて導体を包み、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後、300℃以上の温度で焼
    成することを特徴とする耐熱絶縁線輪の製造方法。
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