JP3706836B2 - How to regenerate old electrical equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長年使用して絶縁部分が劣化して寿命がきている、あるいは来つつある大型の電気機器、特に直流発電機の回転電機子の絶縁部分を再生する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、高度成長期に製作された大形の発電機などの直流機が、30余年の稼働を経過して寿命時期が近づいている。これら大形の直流機の寿命は絶縁層の劣化によって決まることが多い。しかし、この装置の機械的な構造部分は30年を経過しても十分に使用できるものが多く、従って、絶縁特性を回復させることでその絶縁寿命を延長できる新しい処理技術の開発が望まれている。
【0003】
【発明が解決すべき課題】
一方、交流電動機では、経年使用機の絶縁劣化状況を考慮して、真空にした室の中で脱気し、この後ワニス中に全体的に浸漬(どぶ漬け)することで、ワニスをコイル部分に絶縁層として含浸させる方法が延命化の手法として利用されており、このワニスのどぶ漬け法は、交流機においては成果を上げている例がある。
【0004】
しかし、直流機においては、このどぶ漬け法は必ずしも成功していない。その理由は、直流機の電機子コイルには、「整流子」があるために多数の線を引き出すための口出し部分を設ける必要があり、一旦、真空雰囲気下において巻線部分に含浸したとしても、ワニスが樹脂硬化のための乾燥過程において流出してしまうからである。このことは、ワニスを含浸処理した電機子を分解してみると、ワニスが十分に行き渡っていない部分があることから前記のように判断できる。
【0005】
本発明は、前記のように経年劣化した電機機器の枯れた絶縁層に、より確実にワニス等の絶縁樹脂を確実に含浸・硬化させる方法を提案することを第一の目的とし、更にワニスの流出する口出し部への漏れ止め作用と、より均質なワニスの硬化作用を発揮できる老朽化した電機機器、特に回転電機子(ローター)の絶縁部の再生方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決する手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る老朽化した電機機器の再生方法を提供するものである。
1)老朽化により絶縁層が劣化した回転電機子を、真空下において液状の絶縁材料に浸漬して前記絶縁層に前記絶縁材料を含浸させる工程と、この回転電機子を加熱空気が循環している乾燥室内で回転させながら前記絶縁材料に含浸させた絶縁材料を固化させて新しい絶縁層を形成させる工程とから成る老朽化した電機機器の再生方法であって、前記回転電機子の整流子の周囲を囲むように設けた局部加熱装置の電熱ヒーターの内面にあるセラミックス層より放射される赤外線によって前記回転電機子の整流子の部分を局部加熱し、前記回転電機子の整流子の部分の絶縁材料の固化を他の部分より早めることを特徴としている。
【0007】
2)前記乾燥室の天井に設けた加熱装置は、加熱ヒータの背面側に設けた温風発生部の空気吸入口から吸入した乾燥室内の空気を前記加熱ヒータで加熱して反対側の排出口から前記乾燥室内に加熱空気として噴出させると共に、前記加熱ヒータの乾燥室側に設けた放熱板に積層させたセラミックス層より前記乾燥室内に遠赤外線を放射させて前記回転電機子に含浸させた液状の絶縁材料を固化させて新しい絶縁層を形成させることを特徴としている。
【0012】
3)前記セラミックス層は、放熱板の表面にセラミックス粉をプラズマ溶射して形成したものであって、前記セラミックス層は、放熱板の表面側の第1層を酸化チタンとし、その上の第2層を酸化アルミとした複数層に形成されていることを特徴としている。
【0013】
要するに本発明は、長年の使用により絶縁部分が老朽化して寿命が来ている大形の回転電機機器、特に直流発電機の回転電機子の絶縁部分を再生する方法に関するもので、高真空下で脱気した後、液状の絶縁材料を同雰囲気下で含浸させ、これを加熱して硬化させる際に、加熱空気と赤外線の放射を利用し、更にこの絶縁材料が流出しやすい部分を先に硬化させて液状の絶縁材料が硬化する前に流出しないようにする方法を提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の詳細を説明する前に、絶縁材料であるワニスの浸透試験などの「基礎実験」から説明する。
1.ワニスの表面張力とギャップへの浸透試験
直流機に限らず回転電機機器のコイルは、絶縁が福数層からなっており、この絶縁の各層はガラステープ(又はシート)、もしくはマイカガラステープ(又はシート)にワニスを含浸・硬化させて構成している。
【0015】
絶縁層の劣化が進むと、熱劣化によって樹脂を構成する高分子が分解していくのに加えてコイルの振動に伴う機械的磨耗も生じ、その両者によって絶縁層は痩せて行く。そのため、絶縁層の層間の強度が弱くなり、剥離して隙間ができる状態になると考えられる。このことは、経年使用後の電機機器からコイルを取り出して調査した例でも、コイルの絶縁間の剥離が明らかである。
【0016】
この絶縁層の層間の剥離のために発生するギャップは、絶縁層の厚さと絶縁層数を考えると、一つの層間で20〜50μmの内に再含浸をする必要があると考えられる。
【0017】
電気子コイルの絶縁層には、常時、半径方向ならびに接線方向に、ブラシ圧力程度の面圧が繰り返し加わっているので、剥離のギャップが大きい場合には、フレッチング剥離、つまり、叩かれ磨耗の二次的絶縁劣化の段階に発展し、以降、急速に絶縁耐力が低下するという危険な状態となる。
【0018】
このように痩せた絶縁層を回復し、併せて二次的絶縁劣化への進展を防止するためにも、 適切な時期での再含浸が不可欠である。このような実験結果から、次ぎのことが言える。
【0019】
1)絶縁劣化の進行と共に絶縁層は層状に剥離する。
【0020】
2)液状の絶縁材料を20〜50μmの極めて小さなギャップに含浸させる必要があること。
【0021】
前記2点から、粘性のあるワニスの浸透抵抗を実測する意味で図1に示すような実験装置を作成した。
【0022】
図1の装置は、表面張力とワニスの浸透速度の関係を試験するものであり、この試験装置は2枚のガラスエポキシ板の一端を合わせ、他方を僅かに開いた状態に保持して下側を容器に入れたワニスに浸漬し、これを垂直から30度に倒してワニスが上昇する浸透力の変化の様子を観察するものである。
【0023】
この装置では毛細管現象すなわちワニスの表面張力がギャップへの浸透力になっている。ワニスが浸透していくと浸透したワニスの重量と表面張力が釣り合うので、ワニスの表面張力を定量する試験装置にもなっている。
【0024】
ここでワニスの表面張力の確認を行うためには、次の3つの目的がある。
【0025】
1)古くから行われて入る浸透含浸での鉄心スロット間の間隙への浸透速度の評価する。
【0026】
2)真空含浸で再含浸後の加熱硬化過程で生じるワニス流出に抵抗する作用の評価する。
【0027】
3)流出抑制の一つとして想定している回転乾燥での回転速度の上限の評価への参考値を得る。
【0028】
図1の試験装置は、プリント基板として市販されている2mm厚のガラスエポキシ板を使用して、ギャップがテーパに成るように構成している。図1でギャップがゼロの右端から50mmの所がギャップ100μm,100mmの所がギャップ200μm・・・としてあり、個々の位置からギャップ寸法を直読できるように図の左端に設けたライナーで調整している。
【0029】
ガラスエポキシ板を使用したのは、実機のコイルがガラステープにエポキシワニスを含浸して構成しているので、ワニスは異なるものの、実機コイルへのワニス浸透と近似した特性を示すと考えたからである。なお、図は直立になっているが、実際には装置を支える都合で、水平から30度の角度に傾けて試験を行っている。
2.表面張力の評価
実験は市販の含浸用エポキシワニスを用い、1ポアズ程度の低粘度資料と15ポワズ程度の高粘度資料を用意して行った。また、表面張力の比較対象そして、その特性が良く知られている20℃の水でも試験を行っている。
【0030】
図2に試験結果を示す。図2は水とエポキシ樹脂の表面張力の比較であって、縦軸に最終浸透長を、横軸にギャップ長を示している。
【0031】
この表面張力と浸透したワニスの重量がつりあって、それ以上の浸透が停止した時点で観測した結果である。
【0032】
本試験結果は、理論的には図上で直角双曲線になるが、実験の結果は、水もワニスも20μの所にピークがある。ギャップの小さい領域では、表面粗さのため抵抗が大きくなるので、極大値があるものと考えられる。
20μの所のピーク値は、
水 ;110mm,比重1
ワニス(1.0ポワズ);200mm,比重1.15
ワニス(15ポワズ) ;190mm,比重1.15
である。この浸透深さの比と比重の比を考えると、ワニスの表面張力は水の2倍と見積ることができる。
この結果から算出される表面張力は、両側で
水 10.8dyn/cm
ワニス 21.6dyn/cm
また次項の浸透性の検討でハーゲンポアズイユの式を使う関係から、圧力ΔPに換算すると、
水 55mmAq(5400dyn/cm2
ワニス 110mmaAq(10800dyn/cm2
となり、電動機の冷却フアンの吐出圧力にある数値と比較すると意外に大きいことが分かる。
3.ワニス浸透性の評価と理論検討
図3は、20μにおける水の浸透速度の検討を示すもので、縦軸に浸透距離を横軸に浸透時間を示している。
【0033】
図4は、20μのギャップの0.1ポアズのエポキシ樹脂の浸透速度の検討を示している。
【0034】
図5は、20μのギャップの15ポアズのエポキシの浸透速度の検討を示している。
【0035】
図3〜図5に、水、1.0ポワズのワニス、15ポワズのワニスの浸透経過を示している。この図は20μの所を主体に説明しているが、図4、5では、参考に100μの所のデータを載せている。
【0036】
また図4〜6では、水およびワニス浸透の時間特性を理論式と比較している。図では、二つの理論が用いられており、一つはギャップを円管であるとして導いた式で、他の一つはギャップ開口がギャップ長に対して十分に広い平行ギャップとして導いた式である。
【0037】
円筒モデルに対しては、以下に示すハーゲンポアズイユの平均流速の式から求める。
【0038】
V=(r3 /8η)(ΔP/L)
ただし V:平均流速(cm/s)
r:管の半径(cm)
注)ここではギャップ長の値を代入
η:粘度(ポアズ)
ΔP:差圧(dyn/cm2
L:円管距離(ワニス浸透距離、cm)
ワニスの浸透に伴い、Lが変化するので、ワニス浸透特性の理論計算は逐次計算による。平行ギャップの場合の平均流速の式は、ポアズイユの式と似ているが、値は約10倍になる。
【0039】
V=(g2 /8η)(ΔP/L)(32/3)
ただし g:ギャップ長(cm)
その他記号はポアズイユの式に同じ
図を見ると、円管と仮定したポアズイユの式では、浸透が1/10と過少評価されてしまうことがわかる。今回のガラスエポキシ板でのモデルの場合、ワニスの浸透の間口はギャップ長に対し十分広いと考えることができる。
【0040】
ワニスの場合、実験結果と平行ギャップの理論計算の結果は極めて良く一致しているのはそのためと考えられる。
【0041】
しかしながら、電機子コイル絶縁層の層管の剥離したコイルにワニスを浸透させる実機の場合、ワニス浸透の間口は1cm前後であると見積もられるので、その場合には平行ギャップでの浸透速度の半分とすべきかと考える。
【0042】
なお、平行ギャップの理論計算では、傾斜が立っているのに対して、実験結果が飽和しているのは、理論計算が水平据付の状態の計算で、実験のような、ワニスの浸透に伴うワニス自重によるΔP低下を考慮しないためである。
4.ワニスの硬化特性の試験と評価
(1)ワニスの硬化時間(ゲル化時間)の温度特性
含浸後の乾燥過程で一時的な粘度低下によるワニス流出の抑制法を検討するにあたり、基礎特性として、ワニスの硬化温度と硬化時間との関係を試験・確認した。
【0043】
ここで「硬化」の用語は、加熱硬化時の流出抑制に着眼している関係から、粘度が急上昇して液体から柔らかい固体に急変する時点に対して使用しており、専門的にはゲル化もしくは1次硬化ともいうべきであるが、電機機器の延命という設備技術的な観点から本実験を進めている関係上、あえて専門的な用語を回避している。
【0044】
温度制御を行うオーブンで140℃、150℃、160℃の3段階の温度での硬化時間での硬化時間と硬化中おワニス温度の履歴を図6に示す。
【0045】
図6は、硬化温度と硬化時間および反応熱の検討に関するもので、縦軸にエポキシまたはシリコンの温度を、横軸に硬化時間を示している。なお、図において実線はエポキシ、点線がシリコンをそれぞれ示している。
【0046】
この実験は、ワニスを試験管に入れてオーブン中央部に配置し、ワニスを硬化させるものであるが、ワニス硬化(ゲル化)確認のため、予めピアノ線を試験管内のワニス中に入れておき、ピアノ線をオーブンの扉を閉めた状態で外部から上下させることの出来る治具を使用して、ワニスの固化によって試験管がピアノ線と共に持ち上がる状態をオーブン前面ガラス窓から確認し、硬化、即ちゲル化を判定した。
【0047】
硬化時間のスタートをワニス温度が所定の温度域に達する運転開始20分後とすると、各温度での硬化時間は、
140℃ :80分
150℃ :50分
160℃ :20分
となり、熱劣化でいう10℃半減則におおむね従うとみることが出来る。
【0048】
なお、図6には同一条件で行ったシリコンオイルの温度上昇を点線で併記している。シリコンオイルの温度とワニスの温度との差(上昇分)は、ワニスの反応熱と見るこことが出来る。この温度差の測定間隔5分ごとの累積和(オーブンスタートから硬化まで)を求めてみると、
140℃ : 31.8K
150℃ : 29.8K
160℃ : 34.3K
となり、ほぼ同じ値になっている。
【0049】
このことは、ワニスの硬化に必要な熱量(カロリー)は、ガラス転移点温度を超えていれば、硬化温度によらず一定となっていることを示唆するものと考えられる。
(2)ワニス粘度の温度特性
100ccの耐熱ビーカーを用い、湯煎方式でワニスの温度と粘度の関係を測定した。粘度測定には、デジタル表示のB型粘度計を使用し、湯煎にはシリコンオイルを使用した。
【0050】
図7に結果の一例を示す。この図は、ワニスの粘度の温度のよる影響を示すもので縦軸にエポキシ粘度を、横軸にエポキシ温度を示している。
【0051】
図は常温での粘度が40cP(0.4ポアズ)、530cP(5.3ポアズ)、5320cP(53.2ポアズ)の3例を示した。
【0052】
ここで40cPの例はワニス処理時の「新品」を想定したもので、530cPは、真空再含浸後すぐに乾燥工程を行わず、一定期間放置し、粘度上昇を待って乾燥を行うワニス流出抑制策を想定したもので、40℃×7日間放置して作製した試料を用いている、そして5320cPは、40℃×14日間放置で著しく高粘度とした場合で、粘度を約10倍、10倍とほぼ等比級数にとっている。
【0053】
この図から明らかなように、新品のワニスでは、100℃上昇で粘度1/10となっており、したがって約30℃半減と見積もられる。硬化時間がほぼ10℃半減であるから、硬化中のワニス流出は、硬化温度を高めにしたほうが少なくなると考えられる。
【0054】
40℃×7日/14日放置後の例については、100℃〜150℃の間の試験が未了であるが、放置による粘度上昇を図ることで、ワニス硬化過程での粘度低下を低減し、ワニス流出抑制策につながよる可能性を示している。
(3)ワニス硬化中の粘度変化の測定
ワニス粘度の温度特性と同一の試験装置を使用し、硬化中のワニス粘度の実測を行った。図8にその例を示す。
【0055】
図8は、130℃、140℃、150℃の結果を比較しており、オーブンでの試験結果と同様に、硬化時間はほぼ10℃半減となっている。また図8から、次のことが明らかである。
【0056】
1)硬化(ゲル化)直前に粘度が急上昇すること
2)運転開始20分で、一旦、粘度の最低値を示す。その後は硬化直前まで絶えず緩やかな上昇を続けること
なお、図示を省略したが、反応熱によると考えられるワニス温度の緩やかな上昇と時間的に対応している。
【0057】
図8においては、硬化中の最低粘度が20℃半減(図7では30℃半減)とみられるが、硬化時間はほぼ10℃半減であるので、硬化温度高めに設定してワニス流出抑制検証になっている。
5.遠赤外線の適用試行とその評価
遠赤外線の照射には各種の方法が考えられるが、ここでは同一のオープンの表面を、遠赤外線を放射させるためにセラミックス処理をしたものと、無処理のもの2種類で比較した一例を示している。
【0058】
イ)遠赤外線有り、無し、ロ)オーブン内対流風速の大小(対流強化と通常対流)、更に、ハ)試験管の管材にアルミと通常の耐熱ガラスの二者で比較実験しており、硬化温度はいずれも150℃である。
(硬化途中のワニス温度上昇の比較)
図9はエポキシ硬化への遠赤外線効果の例を示すものであって、縦軸にエポキシあるいはシリコンの温度を、横軸に硬化時間を示している。そして線Aは、遠赤外線あり、オーブン内の風速が大、試験管としてアルミ管を使用している。この図において実線はエポキシを、点線はシリコンを示している。
【0059】
更に線Bは、イ)遠赤外線なし、ロ)オーブン風速が小、ハ)試験管はガラス管を使用している。実線はエポキシを、点線はシリコンを示している。
【0060】
この図9には、2種3条件で合計8種類の条件の内、最速のケースと最も遅いケース(通常の実験室での場合に相等)での硬化時間と硬化中のワニス温度上昇の比較を示している。
【0061】
硬化時間(ゲル化時間)は、図6の場合と同様に、スタートから20分を差し引くとすると、最速のケースでは30であり、最も遅い通常のケースは80分である。この図から、150℃の同一設定温度にもかかわらず、条件の選定により2倍以上の差になっていることがわかる。
【0062】
図9においても図6と同様にシリコンオイルの温度の変化を併記している。
ワニスとシリコンとの温度差をみると、アルミ管を使用している場合は線Aに示すように実線と点線で示す2本の線の間隔である温度差が少ない。しかし、ガラス管を使用している場合には、線Bに示すように温度差が大きい。
【0063】
このことから、反応に必要な熱量(カロリー)を同一と仮定するとこの温度上昇の差は、試験管の材料のアルミとガラスの熱抵抗の差であると考えられ、容器の材料としては熱伝達が良好はアルミのほうが良い。
【0064】
今、単位時間あたりの熱量(Js=W)を電流源に置き換えて考えると、温度上昇は電圧降下に相等し、熱抵抗は電気抵抗に置き換わる。このとき同一電流値でも抵抗が大きい方が電圧降下が大きくなるのと同様の原理で、温度差が大きくなっていると考えられる。
6.樹脂の硬化促進の効果マップ
図10は遠赤外線とその他の条件を加味したエポキシ樹脂の硬化の状態を示すもので、縦軸に4つの試験の条件を、横軸に硬化時間を示している。
【0065】
今回行った8種類の条件から6種類を選び、イ)遠赤外線有りと無し、ロ)対流風速の大と小、および、ハ)試験管材質のアルミかガラス、の硬化促進への効果マップを示した。
【0066】
第1段は、遠赤外線照射あり、オーブン内の対流風速大、試験管の材質にアルミを使用した場合で、この場合は「29分」でエポキシが硬化している。
【0067】
次の第2段目は、遠赤外線照射なし、オーブン内の対流風速大、試験管の材質にアルミを使用した場合で、この場合は「45分」でエポキシが硬化している。
【0068】
次の第3段目は、遠赤外線照射なし、オーブン内の対流風速小、試験管の材質にアルミを使用した場合で、この場合は「60分」でエポキシ樹脂が硬化している。
【0069】
最後の第4段目は、遠赤外線照射なし、オーブン内の対流風速小、試験管の材質にガラスを使用した熱の伝導が最も悪い条件で、この場合は、「80分」でエポキシが硬化している。
【0070】
この図面より次のことが言える。
【0071】
1)セラミックスの溶射面からの遠赤外線を照射することのよって、エポキシ樹脂を硬化させる時間を短縮できる。
【0072】
2)熱風を大量に対流させて加熱しながら、更に赤外線を照射を併用することにより熱伝達効果を改善できる。
【0073】
3)樹脂を収容する容器の材料には熱伝導の良いものを使用し、更に前記1と2の条件を併用すれば、樹脂の硬化時間を早めることができる。
(実 施 例)
次に図面を参照して老朽化した電機機器、特に老朽化により絶縁層が劣化した回転電機子の再生方法を説明する。
【0074】
図11は回転電機子として大形の直流発電機の回転電機子1を再生する方法を示している。この回転電機子1(ローター)は、直流発電機を分解して取り出されたものである。
【0075】
第1工程としてこの回転電機子1を真空に出来る部屋あるいはタンク中において高真空(例えば、0.26〜0.5kPa)で約3時間保持して脱気を十分に行う。
【0076】
そして、その高真空の部屋あるいはタンク中でワニスを収容した容器の中に回転電機子1を浸漬してワニスにどぶ漬けの状態として約1日間保持する。この状態になると回転電機子1の捲線とこれを収容しているスロット部分にワニスが含浸されるこことになる。
【0077】
次に、ワニスの含浸が終わった回転電機子1を、図11の乾燥室2内に設けてある支持台3の上部の軸受部4に、回転電機子1の端部の軸部1a、1bを嵌合支持させる。
【0078】
この軸部1bにはカップリング5が設けてあり、このカップリング5の端部の軸に取付けてあるスプロケットホイール6と、モータ7の軸に設けたスプロケットホイール8との間にチエン9をかけまわして、このモータ7により前記回転電機子1をゆっくりと回転させるようになっている。
【0079】
この回転電機子1の中央部には鉄心部1cが形成されており、この部分に詳細を図示しないがコイルが巻かれている。そして、このコイルの両端部の口出し部は整流子1dとそれぞれ接続されている。
【0080】
問題は、前記鉄心部1cのスロットに配置されているコイルの周囲と他のコイルの周囲との間、あるいはこれらのコイルと鉄心部のスロットとの間に設けてあったガラステープやマイカガラステープからなる絶縁層の径年劣化である。
【0081】
大形の直流機を分解して固定子(ステータ)側から回転電機子1(ロータ)を取り出した際に、この劣化した絶縁層はそのままにしておき、無理に剥離したり振動を与えて微粉化して除去してコイル同士の間、あるいはコイルと鉄心のスロットとの間を接近させて絶縁距離が保持で出来なくなることがないように配慮する必要がある。
【0082】
前記乾燥室2の天井には加熱装置10が設けてある。この加熱装置10は、ダクト状の温風発生部11と加熱板部12を有している。この温風発生部11は空気の吸入口13の近傍にフアン14が設け、吸入口13から吸入した乾燥室2内の空気を温風発生部11のダクト部を通過する間に加熱ヒータ12aで加熱して反対側の排出口15から乾燥室2内に加熱空気aとして噴出するようになっている。
【0083】
この加熱板部12は、図13に示すように電熱式のもので、下板P1と多孔板からなる上板P2との間にシーズヒータHを蛇行させて配置しており、上板P2の小孔hを通じて前記ヒータHで高温に加熱された空気を温風発生部11、つまりダクト部内に放出して通過する空気を加熱するように構成されている。
【0084】
そして下板P1の下側には放熱板12bが設けられ、この放熱板12bの表面には複数層かなるセラミックス層12cが形成されている。このセラミックス層12cは所定の波長の遠赤外線Rを放射するようにセラミックスの粉体をプラズマ溶射処理して形成したものである。
【0085】
このプラズマ溶射処理して形成したセラミックス層12cは、加熱ヒータ12aで放熱板12bを加熱し、この加熱によって得られた熱エネルギーを被加熱物である回転電機子1の加熱に最適な波長を持つ遠赤外線Rを放射する特性を持つものである。
【0086】
放熱板12bは、例えばアルミ板かステンレス板が使用され、その表面に形成するセラミックス層12cの材料は、酸化チタン(TiO2 )と酸化アルミ(Al2 O3 )が使用される。
【0087】
図14はセラミックス層12cを複数層に形成したもので、放熱板12bを構成する金属板B(ベース板)の表面に酸化チタン層Tと酸化アルミ層Aを二層構造に形成している。
【0088】
この複数層からなるセラミックス層12cを持つ放熱板12bは、次の条件を持つものを採用する。
「熱エネルギーを与える熱源と、この熱エネルギーを受ける受熱側との間に熱エネルギーを受ける受熱側との間に熱エネルギーの伝導材料からなる熱変換体を配置し、この熱変換体を加熱して放熱面より放射熱エネルギーとして放熱する熱移送方法であって、
前記熱変換体の表面に複数層の薄いセラミックス層を形成しており、このセラミックス層は加熱により赤外線を放射する性質を持ち、熱エネルギーの移動方向に赤外線の中心周波数が4〜6mμの短波長、7〜9mμの中波長及び10〜20mμの長波長から選択された波長を持ち、
前記セラミックス層は、短波長/中波長、短波長/長波長、中波長/長波長、あるいは短波長/中波長/長波長のいずれかの順序で積層されている」
の発明を適用したものである。
【0089】
この発明は、「熱の移送方法とその装置」として、特願2001ー352007号で、平成13年11月16日付で出願されており、熱エネルギーの移動方法に極めて有効に使用できるものである。具体的には、車両用のエンジンの本体、エンジン等のラジエター、ボイラの水管、送風機の羽などに適用できるものである。
【0090】
さて、再び図11を参照して、回転電機子1の整流子1dの周囲を囲むように円筒状の局部加熱装置20が設けられている。この局部加熱装置20の作用で、コイル部分等に含浸されていたエポキシ樹脂が硬化する過程で、粘度が急に低下して鉄心部1cに巻かれているコイル部分に含浸されているエポキシ樹脂が流出することを防止するものである。
【0091】
この局部加熱装置20は、図12及び14に示すように絶縁材料であるエポキシ樹脂の硬化を促進するもので、エポキシ樹脂が流出しやすい整流子1dを囲むように、円筒状に形成されているヒーター20a(電熱ヒータ)を使用する。
【0092】
そしてその内面にセラミックス層20bが形成されており、ヒーター20aで発生した熱を、エネルギー変換により周波数を変換して、エポキシ樹脂が硬化し易い波長の赤外線に変換して特に整流子1dの部分を他の部分より高めに加熱している。この局部加熱装置20は、前記構造に限定されるものでなく、局部加熱によって硬化速度を早める構造のものであれば、他の構造のものであっても良いことは明らかである。
【0093】
このように、絶縁材料であるエポキシ樹脂が流出しては困る部分を、先に硬化させる「土手項効果」ことによって、鉄心部1cに保持されているコイルを包むエポキシ樹脂、即ち、絶縁層を所定の厚みで保持しながら硬化させることができるのである。
【0094】
本発明の実施の形態においては、大形直流機の回転電機子の再生を中心として説明しているが、他の電機機器であっても熱を付与して硬化する絶縁性樹脂を使用するものであれば、硬化する途中で粘度が急に低下するものにおいては、前記と同様に実施することができるものである。
【0095】
【発明の効果】
前記のように回転電機子を真空下に保持した後、絶縁性樹脂の液体を、どぶ漬けによってコイル部分に含浸させた後、この回転電機子をゆっくりと回転させながら、所定の温度の温風と遠赤外線を照射して加熱し、更に整流子の部分を特に加熱することで、局部的に樹脂の硬化を早めることができる。
【0096】
従って、樹脂が硬化する過程で一時的に低下する粘度変化が原因となって、流出しょうとするエポキシ樹脂の流出を、先に硬化した樹脂部分で阻止できる。
【0097】
その結果、30年以上も稼働して老朽化して寿命がきている大形の直流機の絶縁部分を、簡単に再生して再使用することが可能となり、大きな経済効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ワニスの表面張力と浸透速度の試験装置の概略図である。
【図2】水とエポキシ樹脂の表面張力を比較する図である。
【図3】20μにおける水の浸透速度の検討結果を示す図である。
【図4】20μギャップの15ポワズエポキシの浸透速度の検討結果を示す図である。
【図5】20μギャップの15ポワズエポキシの浸透速度の検討結果を示す図である。
【図6】樹脂の硬化温度と硬化時間および反応熱の検討結果を示す図である。
【図7】ワニスの粘度の温度のよる変化を示す図である。
【図8】エポキシ樹脂の硬化中の粘度変化を示す図である。
【図9】エポキシ樹脂の硬化に対する赤外線の寄与を示す図である。
【図10】遠赤外線その他の条件によるエポキシ樹脂の硬化速度を示す図である。
【図11】回転電機子の絶縁を回復させる工程の説明図である。
【図12】局部加熱装置の正面図である。
【図13】加熱装置の加熱板部の断面図である。
【図14】加熱板部の断面図である。
【符号の説明】
1 回転電機子 1a,1b 軸部 1c 鉄心部
1d 整流子 2 乾燥室 3 支持台
4 軸受部 5 カップリング 6、8 スプロケットホイール
7 モータ 9 チェン 10 加熱装置
11 温風発生部 12 加熱板部 12a 加熱ヒータ
12b 放熱板 12c セラミックス層 13 吸入口
14 フアン 15 排気口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for regenerating an insulating portion of a large-sized electric apparatus, particularly a rotating armature of a DC generator, which has been used for many years and has an endured life due to deterioration.
[0002]
[Prior art]
Currently, DC generators such as large generators manufactured during the high growth period are approaching the end of their service life after 30 years of operation. The life of these large DC machines is often determined by the deterioration of the insulating layer. However, many of the mechanical structural parts of this device can be used sufficiently even after 30 years. Therefore, it is desired to develop a new processing technique capable of extending the insulation life by restoring the insulation characteristics. Yes.
[0003]
[Problems to be Solved by the Invention]
On the other hand, in AC motors, taking into account the deterioration of insulation in aging machines, deaeration is performed in a vacuumed chamber, and then the entire varnish is immersed in the varnish so that the varnish is coiled. The method of impregnating the varnish as an insulating layer is used as a technique for prolonging the life, and this varnish soaking method has been successful in an AC machine.
[0004]
However, in the DC machine, this soaking method is not necessarily successful. The reason is that the armature coil of the DC machine has a “commutator”, so it is necessary to provide a lead-out part for drawing a large number of wires, even if the winding part is once impregnated in a vacuum atmosphere. This is because the varnish flows out in the drying process for curing the resin. This can be determined as described above because there is a portion where the varnish is not sufficiently spread when the armature impregnated with the varnish is disassembled.
[0005]
The first object of the present invention is to propose a method for more reliably impregnating and curing an insulating resin such as varnish to a withered insulating layer of an electrical equipment that has deteriorated over time as described above. It is an object of the present invention to provide a method for regenerating an aged electric device, particularly a rotating armature (rotor) insulating part, which can exert a leak-proofing action on the outlet portion that flows out and a more uniform varnish hardening action.
[0006]
[Means for solving the problems]
  In order to achieve the above object, the present invention provides a method for regenerating an aging electrical apparatus according to the present invention.
  1) A step of immersing a rotating armature whose insulating layer has deteriorated due to aging in a liquid insulating material under vacuum to impregnate the insulating layer with the insulating material;In the drying chamber whereWhile rotatingImpregnated with the insulating materialSolidify the insulating material to form a new insulating layerA method of regenerating an aging electrical equipment comprising a step, wherein the infrared radiation emitted from a ceramic layer on the inner surface of an electric heater of a local heating device provided so as to surround the commutator of the rotating armature The commutator portion of the rotary armature is locally heated, and the solidification of the insulating material in the commutator portion of the rotary armature is accelerated than the other portions.
[0007]
2)The heating device provided on the ceiling of the drying chamber heats the air in the drying chamber sucked from the air suction port of the warm air generating unit provided on the back side of the heater by the heater and discharges the air from the discharge port on the opposite side. Liquid insulation in which the rotary armature is impregnated by radiating far-infrared rays into the drying chamber from a ceramic layer laminated on a radiator plate provided on the drying chamber side of the heater, while being ejected as heated air into the drying chamber It is characterized by solidifying the material to form a new insulating layer.
[0012]
3) The ceramic layer is formed by plasma spraying ceramic powder on the surface of the heat radiating plate, and the ceramic layer is made of titanium oxide as the first layer on the surface side of the heat radiating plate, and the second layer thereon. It is characterized by being formed in a plurality of layers made of aluminum oxide.
[0013]
In short, the present invention relates to a method for regenerating an insulating part of a rotating armature of a large-sized rotating electrical machine equipment, particularly a DC generator, whose insulating part has become obsolete due to long-term use. After degassing, impregnate a liquid insulating material in the same atmosphere, and when it is heated and cured, use heated air and infrared radiation, and further cure the portion where this insulating material tends to flow out first Thus, a method for preventing the liquid insulating material from flowing out before being cured is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Before explaining the details of the embodiment of the present invention, it will be explained from "basic experiment" such as a penetration test of a varnish which is an insulating material.
1. Surface tension of varnish and penetration test into gap
Coils for rotating electrical machines, not limited to DC machines, have a number of layers of insulation. Each layer of insulation is impregnated and cured with varnish on glass tape (or sheet) or mica glass tape (or sheet). It is composed.
[0015]
When the insulating layer is further deteriorated, the polymer constituting the resin is decomposed due to the thermal deterioration, and mechanical wear is also caused by the vibration of the coil. Therefore, it is considered that the strength between the layers of the insulating layer is weakened, and a separation is formed. This is clear even in the case where the coil is taken out from the electrical equipment after aged use and investigated, and the separation between the insulations of the coil is clear.
[0016]
Considering the thickness of the insulating layer and the number of insulating layers, it is considered that the gap generated due to the delamination between the insulating layers needs to be re-impregnated within 20 to 50 μm between one layer.
[0017]
Since the surface pressure of the brush pressure is constantly applied to the insulating layer of the armature coil in the radial direction and the tangential direction at all times, if the separation gap is large, fretting separation, that is, tapping and wear. It develops to the next stage of insulation deterioration, and thereafter, it becomes a dangerous state that the dielectric strength rapidly decreases.
[0018]
Re-impregnation at an appropriate time is indispensable in order to recover such a thin insulating layer and prevent the progress of secondary insulation deterioration. From these experimental results, the following can be said.
[0019]
1) The insulation layer peels off in layers as the insulation deterioration progresses.
[0020]
2) It is necessary to impregnate a very small gap of 20 to 50 μm with a liquid insulating material.
[0021]
From the two points, an experimental apparatus as shown in FIG. 1 was prepared in the sense of actually measuring the penetration resistance of the viscous varnish.
[0022]
The apparatus of FIG. 1 tests the relationship between the surface tension and the varnish penetration rate. This test apparatus aligns one end of two glass epoxy plates and holds the other side in a slightly open state. Is immersed in a varnish contained in a container, and this is tilted to 30 degrees from the vertical to observe the state of change in the osmotic force by which the varnish rises.
[0023]
In this device, capillary action, that is, the surface tension of the varnish, becomes the penetration force into the gap. As the varnish penetrates, the weight and surface tension of the penetrated varnish are balanced, so it is also a test device for quantifying the surface tension of the varnish.
[0024]
Here, in order to check the surface tension of the varnish, there are the following three purposes.
[0025]
1) Evaluation of the penetration rate into the gaps between the core slots in the penetration impregnation that has been performed for a long time.
[0026]
2) Evaluate the action of resisting varnish outflow that occurs in the heat curing process after re-impregnation by vacuum impregnation.
[0027]
3) Obtain a reference value for the evaluation of the upper limit of the rotational speed in the rotational drying assumed as one of the outflow suppression.
[0028]
The test apparatus shown in FIG. 1 uses a glass epoxy plate having a thickness of 2 mm, which is commercially available as a printed circuit board, so that the gap is tapered. In FIG. 1, the gap is 50 mm from the right end where the gap is zero, the gap is 100 μm, the gap is 100 μm, and the gap dimension is 200 μm... Yes.
[0029]
The reason why the glass epoxy plate was used is that the coil of the actual machine is made by impregnating the glass tape with the epoxy varnish. . Although the figure is upright, the test is actually performed at an angle of 30 degrees from the horizontal in order to support the apparatus.
2. Evaluation of surface tension
The experiment was conducted using a commercially available epoxy varnish for impregnation and preparing a low viscosity material of about 1 poise and a high viscosity material of about 15 poise. In addition, the test is carried out with 20 ° C. water whose surface tension is to be compared and whose characteristics are well known.
[0030]
FIG. 2 shows the test results. FIG. 2 is a comparison of the surface tensions of water and epoxy resin, with the final penetration length on the vertical axis and the gap length on the horizontal axis.
[0031]
This is the result observed when the surface tension and the weight of the penetrated varnish balance and the further penetration stops.
[0032]
The result of this test is theoretically a right-angled hyperbola on the figure, but the result of the experiment has a peak at 20 μm for both water and varnish. In the region where the gap is small, the resistance increases due to the surface roughness, so it is considered that there is a maximum value.
The peak value at 20μ is
Water; 110 mm, specific gravity 1
Varnish (1.0 poise); 200 mm, specific gravity 1.15
Varnish (15 poise); 190mm, specific gravity 1.15
It is. Considering the ratio of the penetration depth and the specific gravity, the surface tension of the varnish can be estimated to be twice that of water.
The surface tension calculated from this result is
Water 10.8 dyn / cm
Varnish 21.6 dyn / cm
Also, from the relationship of using the Hagen Poiseuille equation in the examination of permeability in the next item, when converted to pressure ΔP,
Water 55 mmAq (5400 dyn / cm2)
Varnish 110mmAq (10800dyn / cm2)
Thus, it can be seen that it is surprisingly large when compared with the numerical value of the discharge pressure of the cooling fan of the electric motor.
3. Evaluation and theoretical examination of varnish permeability
FIG. 3 shows the examination of the penetration rate of water at 20 μm. The vertical axis shows the penetration distance and the horizontal axis shows the penetration time.
[0033]
FIG. 4 shows a study of the penetration rate of a 0.1 poise epoxy resin with a gap of 20 microns.
[0034]
FIG. 5 shows a study of the penetration rate of 15 poise epoxy with a 20 μg gap.
[0035]
3 to 5 show the permeation process of water, 1.0 poise varnish, and 15 poise varnish. Although this figure mainly explains the place of 20μ, in FIGS. 4 and 5, the data of the place of 100μ is shown for reference.
[0036]
Moreover, in FIGS. 4-6, the time characteristic of water and varnish penetration is compared with a theoretical formula. In the figure, two theories are used, one is an equation that derives the gap as a circular tube, and the other is an equation that the gap opening is derived as a parallel gap that is sufficiently wide with respect to the gap length. is there.
[0037]
For the cylindrical model, it is obtained from the Hagen-Poiseuille average flow velocity equation shown below.
[0038]
V = (rThree/ 8η) (ΔP / L)
V: Average flow velocity (cm / s)
r: radius of the tube (cm)
Note) Assign the gap length value here.
η: Viscosity (Poise)
ΔP: differential pressure (dyn / cm2)
L: Tube distance (varnish penetration distance, cm)
Since L changes with the penetration of the varnish, the theoretical calculation of the varnish penetration characteristics is based on sequential calculation. The equation for the average flow velocity in the case of a parallel gap is similar to the Poiseuille equation, but the value is about 10 times.
[0039]
V = (g2/ 8η) (ΔP / L) (32/3)
Where g: gap length (cm)
Other symbols are the same as Poiseuille's formula
From the figure, it can be seen that the Poiseuille's equation assumed to be a circular tube underestimates the penetration as 1/10. In the case of the model with the glass epoxy plate this time, it can be considered that the entrance of the varnish is sufficiently wide with respect to the gap length.
[0040]
In the case of varnish, it is considered that the experimental result and the theoretical calculation result of the parallel gap agree very well.
[0041]
However, in the case of an actual machine in which the varnish is infiltrated into the coil where the armature coil insulating layer is peeled off, the front entrance of the varnish is estimated to be about 1 cm. Think about what to do.
[0042]
In addition, the theoretical calculation of the parallel gap is inclined, but the experimental result is saturated because the theoretical calculation is a calculation in the state of horizontal installation. This is because a decrease in ΔP due to the weight of the varnish is not taken into consideration.
4). Testing and evaluation of varnish curing properties
(1) Temperature characteristics of varnish curing time (gel time)
In examining the method of suppressing varnish outflow due to a temporary viscosity drop during the drying process after impregnation, the relationship between the varnish curing temperature and the curing time was tested and confirmed as a basic characteristic.
[0043]
Here, the term “curing” is used for the point when the viscosity suddenly increases and suddenly changes from a liquid to a soft solid because it focuses on the suppression of outflow during heat curing. Or, it should be called primary curing, but technical terms are intentionally avoided because of the progress of this experiment from the viewpoint of equipment technology that extends the life of electrical equipment.
[0044]
FIG. 6 shows a history of the curing time and the varnish temperature during curing at three stages of temperatures of 140 ° C., 150 ° C., and 160 ° C. in an oven that performs temperature control.
[0045]
FIG. 6 relates to the examination of curing temperature, curing time, and reaction heat. The vertical axis represents the temperature of epoxy or silicon, and the horizontal axis represents the curing time. In the figure, the solid line indicates epoxy, and the dotted line indicates silicon.
[0046]
In this experiment, the varnish is placed in a test tube and placed in the center of the oven, and the varnish is cured. To confirm varnish hardening (gelation), a piano wire is placed in the varnish in the test tube in advance. Using a jig that can move the piano wire up and down from the outside with the oven door closed, check the state that the test tube is lifted together with the piano wire by solidifying the varnish from the oven front glass window, hardening, Gelation was determined.
[0047]
If the start of the curing time is 20 minutes after the start of operation when the varnish temperature reaches a predetermined temperature range, the curing time at each temperature is
140 ° C: 80 minutes
150 ° C .: 50 minutes
160 ° C .: 20 minutes
Therefore, it can be seen that it generally follows the 10 ° C. half law of thermal degradation.
[0048]
In FIG. 6, the temperature rise of the silicon oil performed under the same conditions is also shown with a dotted line. The difference (increase) between the temperature of the silicone oil and the temperature of the varnish can be regarded as the reaction heat of the varnish. Finding the cumulative sum of this temperature difference every 5 minutes (from oven start to curing)
140 ° C: 31.8K
150 ° C .: 29.8K
160 ° C: 34.3K
The values are almost the same.
[0049]
This is considered to suggest that the amount of heat (calorie) necessary for curing the varnish is constant regardless of the curing temperature as long as it exceeds the glass transition temperature.
(2) Temperature characteristics of varnish viscosity
Using a 100 cc heat-resistant beaker, the relationship between the temperature and viscosity of the varnish was measured by a hot water bath method. A B-type viscometer with a digital display was used for the viscosity measurement, and silicon oil was used for the water bath.
[0050]
FIG. 7 shows an example of the result. This figure shows the effect of varnish viscosity on temperature, with the vertical axis representing the epoxy viscosity and the horizontal axis representing the epoxy temperature.
[0051]
The figure shows three examples of viscosity at room temperature of 40 cP (0.4 poise), 530 cP (5.3 poise), and 5320 cP (53.2 poise).
[0052]
Here, the 40 cP example assumes a “new” product during varnish treatment, and the 530 cP does not perform a drying process immediately after vacuum re-impregnation, leaves it for a certain period of time, and waits for the viscosity to rise before drying. The sample was prepared by leaving it to stand at 40 ° C. for 7 days, and 5320 cP had a viscosity of about 10 times or 10 times when the viscosity was significantly increased by standing at 40 ° C. for 14 days. And it is almost a geometric series.
[0053]
As is clear from this figure, the new varnish has a viscosity of 1/10 with an increase of 100 ° C., and is therefore estimated to be about 30 ° C. halved. Since the curing time is halved by about 10 ° C., it is considered that varnish outflow during curing is less when the curing temperature is raised.
[0054]
For the example after standing at 40 ° C. × 7 days / 14 days, the test between 100 ° C. and 150 ° C. has not been completed, but by increasing the viscosity by leaving it, the decrease in viscosity during the varnish curing process is reduced. , Showing the possibility of connecting to varnish outflow control measures.
(3) Measurement of viscosity change during varnish curing
Using the same test apparatus as the temperature characteristics of the varnish viscosity, the varnish viscosity during curing was measured. An example is shown in FIG.
[0055]
FIG. 8 compares the results at 130 ° C., 140 ° C., and 150 ° C., and the curing time is halved by about 10 ° C., similar to the test results in the oven. Moreover, the following is clear from FIG.
[0056]
1) The viscosity rises immediately before curing (gelation)
2) The minimum value of the viscosity is once shown at the start of operation for 20 minutes. After that, continue to gradually increase until just before curing.
Although illustration is omitted, it corresponds temporally to a gradual rise in varnish temperature, which is considered to be due to reaction heat.
[0057]
In FIG. 8, the minimum viscosity during curing is seen to be 20 ° C. half (30 ° C. half in FIG. 7), but the curing time is almost 10 ° C. half, so the varnish outflow suppression verification was performed by setting the curing temperature higher. ing.
5. Far infrared application trial and its evaluation
Various methods can be considered for the irradiation of far infrared rays. Here, an example is shown in which the same open surface is treated with ceramics for radiating far infrared rays and with two types of untreated ones. Yes.
[0058]
B) With or without far-infrared rays, b) Convection wind speed in oven (larger convection and normal convection), and c) Comparison experiment between aluminum and normal heat-resistant glass as test tube material All the temperatures are 150 ° C.
(Comparison of varnish temperature rise during curing)
FIG. 9 shows an example of the far-infrared effect on epoxy curing, where the vertical axis indicates the temperature of epoxy or silicon, and the horizontal axis indicates the curing time. Line A has far infrared rays, the wind speed in the oven is large, and an aluminum tube is used as a test tube. In this figure, the solid line indicates epoxy and the dotted line indicates silicon.
[0059]
Furthermore, the line B is a) no far infrared ray, b) the oven wind speed is low, and c) the test tube uses a glass tube. The solid line indicates epoxy and the dotted line indicates silicon.
[0060]
FIG. 9 shows a comparison between the curing time and the varnish temperature rise during curing in the fastest and slowest cases (equivalent in the case of a normal laboratory) out of a total of 8 types of 2 types and 3 conditions. Is shown.
[0061]
As in the case of FIG. 6, the curing time (gelation time) is 30 in the fastest case and 80 minutes in the slowest normal case, if 20 minutes are subtracted from the start. From this figure, it can be seen that, despite the same set temperature of 150 ° C., the difference is more than twice due to the selection of conditions.
[0062]
In FIG. 9 as well, the change in the temperature of the silicone oil is also shown as in FIG.
Looking at the temperature difference between the varnish and silicon, when an aluminum tube is used, the temperature difference that is the distance between the two lines indicated by the solid line and the dotted line is small as indicated by the line A. However, when a glass tube is used, the temperature difference is large as shown by line B.
[0063]
From this, assuming that the amount of heat (calorie) required for the reaction is the same, this difference in temperature rise is considered to be the difference in thermal resistance between aluminum and glass of the test tube material, and heat transfer is the material of the container. However, aluminum is better.
[0064]
Considering that the amount of heat per unit time (Js = W) is replaced with a current source, a temperature rise is equivalent to a voltage drop, and a thermal resistance is replaced with an electrical resistance. At this time, it is considered that the temperature difference is increased on the same principle that the voltage drop increases as the resistance increases even at the same current value.
6). Effect map of resin curing acceleration
FIG. 10 shows the state of curing of the epoxy resin in consideration of far-infrared rays and other conditions. The vertical axis represents the four test conditions, and the horizontal axis represents the curing time.
[0065]
Select 6 types from the 8 types of conditions we conducted this time, b) Effect map for promoting hardening of aluminum or glass of test tube material, b) Large and small convection wind speed, and c) Convection wind speed. Indicated.
[0066]
The first stage is irradiation with far infrared rays, high convection wind speed in the oven, and the case where aluminum is used as the material of the test tube. In this case, the epoxy is cured in “29 minutes”.
[0067]
The second stage is the case where there is no far infrared irradiation, the convection wind speed in the oven is high, and aluminum is used as the material of the test tube. In this case, the epoxy is cured in “45 minutes”.
[0068]
The next third stage is the case where there is no far infrared irradiation, the convection velocity in the oven is low, and aluminum is used as the material of the test tube. In this case, the epoxy resin is cured in “60 minutes”.
[0069]
The last 4th stage is the condition that there is no far-infrared irradiation, the convection velocity in the oven is low, and the heat conduction using glass as the test tube material is the worst. In this case, the epoxy is cured in "80 minutes" are doing.
[0070]
The following can be said from this drawing.
[0071]
1) The time for curing the epoxy resin can be shortened by irradiating far infrared rays from the ceramic sprayed surface.
[0072]
2) The heat transfer effect can be improved by using a combination of infrared irradiation while heating with a large amount of convection of hot air.
[0073]
3) If the material of the container for containing the resin is a material having good thermal conductivity, and the conditions 1 and 2 are used in combination, the curing time of the resin can be shortened.
(Example)
Next, with reference to the drawings, a method for regenerating an aging electric device, particularly a rotating armature whose insulating layer has deteriorated due to aging will be described.
[0074]
FIG. 11 shows a method of regenerating the rotary armature 1 of a large DC generator as the rotary armature. The rotary armature 1 (rotor) is obtained by disassembling a DC generator.
[0075]
As a first step, the rotary armature 1 is kept in a high vacuum (eg, 0.26 to 0.5 kPa) for about 3 hours in a room or tank that can be evacuated to sufficiently perform deaeration.
[0076]
Then, the rotary armature 1 is dipped in a container containing varnish in the high vacuum room or tank, and is kept immersed in the varnish for about one day. In this state, the winding of the rotary armature 1 and the slot portion that accommodates it are impregnated with varnish.
[0077]
Next, the rotary armature 1 that has been impregnated with the varnish is attached to the shaft portion 1a, 1b at the end of the rotary armature 1 on the bearing portion 4 at the top of the support 3 provided in the drying chamber 2 of FIG. Is supported by fitting.
[0078]
A coupling 5 is provided on the shaft 1b, and a chain 9 is applied between a sprocket wheel 6 attached to the shaft at the end of the coupling 5 and a sprocket wheel 8 provided on the shaft of the motor 7. The motor 7 rotates the rotary armature 1 slowly.
[0079]
An iron core portion 1c is formed at the central portion of the rotary armature 1, and a coil is wound around this portion although details are not shown. The lead portions at both ends of the coil are connected to the commutator 1d.
[0080]
The problem is that the glass tape or mica glass tape provided between the periphery of the coil disposed in the slot of the iron core portion 1c and the other coils, or between these coils and the slot of the iron core portion. It is the age-related deterioration of the insulating layer made of
[0081]
When the large DC machine is disassembled and the rotary armature 1 (rotor) is taken out from the stator (stator) side, this deteriorated insulating layer is left as it is, and it is forcibly peeled off or given vibration to give a fine powder. Therefore, it is necessary to consider that the insulation distance cannot be maintained by maintaining the insulation distance between the coils or between the coils and the slots of the iron core.
[0082]
A heating device 10 is provided on the ceiling of the drying chamber 2. The heating device 10 includes a duct-shaped hot air generator 11 and a heating plate 12. The hot air generator 11 is provided with a fan 14 in the vicinity of the air inlet 13, and is heated by a heater 12 a while the air in the drying chamber 2 sucked from the inlet 13 passes through the duct portion of the hot air generator 11. It is heated and ejected from the discharge port 15 on the opposite side into the drying chamber 2 as heated air a.
[0083]
As shown in FIG. 13, the heating plate 12 is of an electrothermal type, and a sheathed heater H is meandered between the lower plate P1 and the upper plate P2 made of a porous plate. The air heated to a high temperature by the heater H through the small hole h is discharged into the hot air generating part 11, that is, the duct part, and the passing air is heated.
[0084]
A heat radiating plate 12b is provided below the lower plate P1, and a ceramic layer 12c having a plurality of layers is formed on the surface of the heat radiating plate 12b. This ceramic layer 12c is formed by plasma spraying ceramic powder so as to emit far-infrared rays R having a predetermined wavelength.
[0085]
The ceramic layer 12c formed by the plasma spraying process heats the heat radiating plate 12b with a heater 12a, and the thermal energy obtained by this heating has an optimum wavelength for heating the rotary armature 1 that is a heated object. It has a characteristic of emitting far-infrared rays R.
[0086]
For example, an aluminum plate or a stainless steel plate is used as the heat radiating plate 12b, and titanium oxide (TiO2) and aluminum oxide (Al2O3) are used as the material of the ceramic layer 12c formed on the surface thereof.
[0087]
In FIG. 14, the ceramic layer 12c is formed in a plurality of layers, and the titanium oxide layer T and the aluminum oxide layer A are formed in a two-layer structure on the surface of the metal plate B (base plate) constituting the heat radiating plate 12b.
[0088]
As the heat radiating plate 12b having the ceramic layer 12c composed of a plurality of layers, one having the following conditions is adopted.
“A thermal converter made of a conductive material of thermal energy is placed between a heat source that gives thermal energy and a heat receiving side that receives the thermal energy, and the thermal converter is heated. A heat transfer method for dissipating heat as radiant heat energy from the heat dissipation surface,
A thin ceramic layer having a plurality of layers is formed on the surface of the heat conversion body, and this ceramic layer has a property of emitting infrared rays by heating, and a short wavelength having a center frequency of infrared rays of 4 to 6 mμ in a moving direction of thermal energy. , Having a wavelength selected from a medium wavelength of 7-9 mμ and a long wavelength of 10-20 mμ,
The ceramic layers are laminated in the order of short wavelength / medium wavelength, short wavelength / long wavelength, medium wavelength / long wavelength, or short wavelength / medium wavelength / long wavelength ”
This invention is applied.
[0089]
The present invention has been filed on November 16, 2001 as Japanese Patent Application No. 2001-352007 as “Heat Transfer Method and Apparatus”, and can be used very effectively for a method of transferring heat energy. . Specifically, the present invention can be applied to a main body of an engine for a vehicle, a radiator of the engine, a water pipe of a boiler, a wing of a blower, and the like.
[0090]
Now, referring again to FIG. 11, a cylindrical local heating device 20 is provided so as to surround the periphery of the commutator 1 d of the rotary armature 1. In the process of curing the epoxy resin impregnated in the coil portion or the like by the action of this local heating device 20, the viscosity suddenly decreases and the epoxy resin impregnated in the coil portion wound around the iron core portion 1c becomes It is intended to prevent leakage.
[0091]
As shown in FIGS. 12 and 14, the local heating device 20 promotes the curing of the epoxy resin that is an insulating material, and is formed in a cylindrical shape so as to surround the commutator 1 d where the epoxy resin easily flows out. A heater 20a (electric heater) is used.
[0092]
A ceramic layer 20b is formed on the inner surface, and the heat generated by the heater 20a is converted into an infrared ray having a wavelength at which the epoxy resin is easily cured by converting the frequency by energy conversion, and in particular the portion of the commutator 1d. Heated higher than other parts. It is obvious that the local heating device 20 is not limited to the above-described structure, and may have another structure as long as it has a structure that accelerates the curing rate by local heating.
[0093]
In this way, the “bank term effect” that hardens the portion where the epoxy resin, which is an insulating material, is difficult to flow out, to thereby cure the epoxy resin that wraps the coil held in the iron core portion 1c, that is, the insulating layer. It can be cured while being held at a predetermined thickness.
[0094]
In the embodiment of the present invention, the description is centered on the regeneration of the rotary armature of a large DC machine. However, even other electrical equipment uses an insulating resin that cures by applying heat. Then, in the case where the viscosity is abruptly lowered during curing, it can be carried out in the same manner as described above.
[0095]
【The invention's effect】
After holding the rotary armature under vacuum as described above, after impregnating the coil portion with a liquid of an insulating resin, the hot armature at a predetermined temperature is slowly rotated while rotating the rotary armature slowly. The far-infrared rays are irradiated and heated, and the commutator portion is particularly heated, so that the curing of the resin can be accelerated locally.
[0096]
Therefore, due to the viscosity change that temporarily decreases during the curing of the resin, the outflow of the epoxy resin that is to flow out can be prevented by the resin portion that has been cured first.
[0097]
As a result, it becomes possible to easily regenerate and reuse the insulation part of a large-sized DC machine that has been in operation for 30 years or more and has aged and has reached the end of its life, and a great economic effect can be exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a test apparatus for surface tension and penetration rate of varnish.
FIG. 2 is a diagram comparing surface tensions of water and epoxy resin.
FIG. 3 is a diagram showing the results of examining the water penetration rate at 20 μm.
FIG. 4 is a graph showing the results of examining the penetration rate of 20 μg 15 poise epoxy.
FIG. 5 is a graph showing the results of examining the penetration rate of 20 μg 15 poise epoxy.
FIG. 6 is a diagram showing the examination results of resin curing temperature, curing time, and reaction heat.
FIG. 7 is a graph showing changes in varnish viscosity with temperature.
FIG. 8 is a diagram showing a change in viscosity during curing of an epoxy resin.
FIG. 9 is a diagram showing the contribution of infrared rays to the curing of the epoxy resin.
FIG. 10 is a diagram showing a curing rate of an epoxy resin under far infrared and other conditions.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a process for recovering the insulation of the rotary armature.
FIG. 12 is a front view of a local heating device.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a heating plate portion of the heating device.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a heating plate portion.
[Explanation of symbols]
1 Rotating armature 1a, 1b Shaft 1c Iron core
1d Commutator 2 Drying room 3 Support stand
4 Bearing part 5 Coupling 6, 8 Sprocket wheel
7 Motor 9 Chain 10 Heating device
11 Hot air generating part 12 Heating plate part 12a Heating heater
12b Heat sink 12c Ceramics layer 13 Suction port
14 Juan 15 Exhaust vent

Claims (3)

老朽化により絶縁層が劣化した回転電機子を、真空下において液状の絶縁材料に浸漬して前記絶縁層に前記絶縁材料を含浸させる工程と、この回転電機子を加熱空気が循環している乾燥室内で回転させながら前記絶縁材料に含浸させた絶縁材料を固化させて新しい絶縁層を形成させる工程とから成る老朽化した電機機器の再生方法であって、前記回転電機子の整流子の周囲を囲むように設けた局部加熱装置の電熱ヒーターの内面にあるセラミックス層より放射される赤外線によって前記回転電機子の整流子の部分を局部加熱し、前記回転電機子の整流子の部分の絶縁材料の固化を他の部分より早めることを特徴とする老朽化した電機機器の再生方法。A process in which a rotating armature whose insulating layer has deteriorated due to aging is immersed in a liquid insulating material under vacuum to impregnate the insulating layer with the insulating material, and drying in which heated air is circulated through the rotating armature . A method for regenerating an aging electrical equipment comprising a step of solidifying an insulating material impregnated in the insulating material while rotating in a room to form a new insulating layer, and surrounding a commutator of the rotating armature The portion of the commutator of the rotating armature is locally heated by infrared rays emitted from the ceramic layer on the inner surface of the electric heater of the local heater provided to surround the insulating material of the commutator portion of the rotating armature. A method for regenerating an obsolete electrical device characterized in that solidification is accelerated earlier than other parts . 前記乾燥室の天井に設けた加熱装置は、加熱ヒータの背面側に設けた温風発生部の空気吸入口から吸入した乾燥室内の空気を前記加熱ヒータで加熱して反対側の排出口から前記乾燥室内に加熱空気として噴出させると共に、前記加熱ヒータの乾燥室側に設けた放熱板に積層させたセラミックス層より前記乾燥室内に遠赤外線を放射させて前記回転電機子に含浸させた液状の絶縁材料を固化させて新しい絶縁層を形成させることを特徴とする請求項1記載の老朽化した電機機器の再生方法。The heating device provided on the ceiling of the drying chamber heats the air in the drying chamber sucked from the air suction port of the hot air generating unit provided on the back side of the heater by the heater and discharges the air from the discharge port on the opposite side. Liquid insulation in which the rotary armature is impregnated by emitting far-infrared rays into the drying chamber from a ceramic layer laminated on a radiator plate provided on the drying chamber side of the heater while being ejected as heating air into the drying chamber 2. The method for regenerating an aging electrical apparatus according to claim 1, wherein the material is solidified to form a new insulating layer. 前記セラミックス層は、放熱板の表面にセラミックス粉をプラズマ溶射して形成したものであって、前記セラミックス層は、放熱板の表面側の第1層を酸化チタンとし、その上の第2層を酸化アルミとした複数層に形成されていることを特徴とする請求項2記載の老朽化した電機機器の再生方法。The ceramic layer is formed by plasma spraying ceramic powder on the surface of a heat sink, and the ceramic layer is made of titanium oxide as the first layer on the surface side of the heat sink, and the second layer thereon is formed. 3. The method for regenerating an aged electrical device according to claim 2, wherein the method is formed in a plurality of layers made of aluminum oxide.
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