JP4522050B2 - 回転電機用固定子コイルの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機用固定子コイルの製造方法に関するもので、特に高電圧回転機器で発生する部分放電を抑制するため、耐コロナ特性に優れた固定子コイルを製造する固定子コイルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機用固定子コイルにおいては、素線を組み合わせ所定の形状に成形したコイルに主絶縁となるマイカテープが巻かれるものであって、固定子コアに接触する箇所には低抵抗の半導電性材料を巻き、コイルエンドには電界緩和作用をなす高抵抗の材料を巻き固定子コイルを製作している（例えば、特許文献１参照）。ここで、低抵抗材料および高抵抗材料はテープ状のものや、塗料を使用しても固定子コイルの性能は同等のものが得られる。
なお、低抵抗の半導電性材料としては、絶縁基材にカーボンを含む塗料を処理した材料も使用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５７７０６号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開昭５６−１２３７５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転電機用固定子コイルは、主絶縁層としてマイカテープを巻き付けた上に、固定子コアと同電位にするため半導電性テープや塗料を配置しているが、半導電性テープを使用する場合では、マイカテープの裏打ち材と半導電性テープとの接着面、特に、裏打ち材の繊維の中やマイカテープの半重ね巻き時にできる微小な隙間に気泡が出来易く、一旦出来た気泡は高電圧下では部分放電を伴い、やがて弱点部である有機質を攻撃、分解させて絶縁層の破壊、あるいは機器の故障に至る恐れがあった。
半導電性材料が塗料の場合も同様に、マイカテープ上にはマイカ材の保護のために、ポリエステルやガラスの絶縁基材を巻き付けるが、この基材の上や基材の中に発生した気泡が高電圧下で部分放電し、有機質の分解、絶縁層の破壊事故に至るという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、マイカテープによる主絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固定子コイルの製造方法では、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイルに、マイカテープを巻いて主絶縁層を形成し、次に半導電性の微粉末と熱硬化性樹脂とニトリル系ゴム，ネオプレン系ゴム，ニトリル・ブタジエン系ゴム，ブタジエン系ゴム，スチレン・ブタジエン系ゴムから選ばれたゴム系接着剤とを配合した半導電性テープを巻いて半導電層を形成し、更に酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂にビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加したエポキシ含浸レジンによる真空加圧含浸工程に際して、離型効果のあるフィルムテープを巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイルを一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープを除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗材料で電界緩和層を形成し、再度加熱して前記電界緩和層を硬化させるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図５に基づいて説明する。図１はこの発明の固定子コイルの構成を示す断面概略図である。図２は回転電機の固定子に配置する固定子コアおよび固定子コイルの概略図である。図３は図２のIII−III線における拡大断面図である。図４はマイカテープ３の一部を構成する裏打ち材３ｂ中の気泡の存在箇所を説明するための概略図である。図５はマイカテープ３の巻き付け時にできる隙間の存在箇所を説明するための概略図である。
【０００９】
図２において、固定子コイル１は固定子コア２に挿入され、所定の巻線が形成される。
ここで、固定子コイル１の表面は固定子コア２と同電位にするため、低抵抗材料１ａで半導電処理されており、また固定子コア２からコイルエンド方向に向け、高抵抗材料１ｂで電界緩和層処理されている。
また、１ｃは通常の絶縁層、１ｄはコイルを形成する絶縁された素線導体束である。
【００１０】
図１は、固定子コイル１の固定子コア２内での断面を示し、コイル導体束１ｄ上にマイカ絶縁層３、低抵抗の半導電性テープ１ａ、離型テープ層４をそれぞれ配置した状態を示す。
【００１１】
図１において、コイル導体束１ｄ上にテーピングしたマイカテープ３は、集成マイカ箔３ａとガラスクロス、ポリエステル不織布、フィルム類などの裏打ち材３ｂ、とエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など通常公知の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤で貼りあわせてマイカテープ３を形成している。
通常、集成マイカテープ中に接着剤として含有する熱硬化性樹脂は５〜１５％（重量％、以下同様）が好適であり、またマイカテープの厚さは０．１〜０．２ｍｍのものが好適に使用できる。なお、この発明で使用したマイカテープ３は未焼成法で製造したマイカ箔３ａ（厚さ０．１ｍｍ）、裏打ち材３ｂとしてガラスクロス（厚さ０．０３ｍｍ）、接着剤としてエポキシ樹脂を７％含有して製造したマイカテープ（厚さ０．１３ｍｍ）３で、２５ｍｍ幅に切断したものを使用した。
【００１２】
マイカテープ３は所定の形状に成形された導体束１ａ上に、マイカ箔３ａに傷がつかないよう裏打ち材３ｂが外周になるよう半重ねで巻き付けられる。
この発明の特徴である半導電性テープ１ａにおいては、アセチレンブラック，グラファイトカーボンのような半導電性の微粉末と、アルキッド樹脂，不飽和ポリエステル樹脂や、ポリエステルイミド樹脂などのような加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂と、ニトリル系ゴム、ネオプレン系ゴム、ニトリル・ブタジエン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン・ブタジエン系ゴムなどのゴム系接着剤とを配合してなる成分系をワニス状とし、ガラスクロスやポリエステルクロスのような絶縁基材に塗布、乾燥して柔軟性のある半導電性テープ１ａが作られる。
この半導電性テープ１ａは、マイカテープ３上に半重ねで１回巻き付けられる。
【００１３】
更に、エポキシ系含浸レジンの硬化に際し、離型効果のあるフッ素系テープやポリプロピレンテープ等のフィルムテープ４を半重ねで１回巻き、真空乾燥後、エポキシ系含浸レジンとして、公知のエポキシ樹脂であって酸無水物を硬化剤とする樹脂系に反応性希釈材として、スチレンモノマー，ビニルトルエン等のようなビニル化合物および触媒を含有する２０℃での粘度が２０〜８０ｍＰａ・ｓの含浸レジンを用いて、真空加圧含浸処理した後、コイルを一旦加熱硬化させ、次に離型フィルムテープ４を除き、図２のIII−III線における拡大断面図である図３に示すように、半導電性テープ１ａの端部と接して高抵抗のテープ又は塗料で電界緩和層１ｂを形成し、主絶縁層の硬化を完全に行うことと、電界緩和層の硬化を行うため、再度加熱硬化することを特徴としている。
【００１４】
この発明では、真空加圧含浸前に離型テープを巻き付けていることも特徴であり、含浸レジンの粘度を低くして絶縁層内への含浸性を良くしている反面、含浸後、絶縁層からのレジンが漏れないようにフィルム状のテープを巻き付け、絶縁特性の向上を図っている。
【００１５】
この発明により製造した図１の形状をした固定子コイル（コア長さ４０００ｍｍ、絶縁厚さ３ｍｍ、適用電圧１６ＫＶ）の部分放電特性は、５０ＰＰＳ，１６ｋｖの測定条件で５０ｐｃと良好であった。
また、固定子コイルに３０ＫＶの電圧を１０００時間印加した後、半導電性テープの表面を調べたが部分放電による影響は全く見られず、異常なかった。確認のため、同じ条件で部分放電特性を測定した結果、６２ｐｃとほとんど変化していなかった。
【００１６】
この発明の特徴である半導電性テープ１ａは、絶縁基材としてテトロンクロスを用い、抵抗値を調整するためのカーボン粉末、カーボン粉末を絶縁基材に保持するための耐熱性の良いポリエステル樹脂とスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物からなり、表面抵抗率が１００〜１０００Ωの範囲に調節されており、一般的な溶剤に溶解しないように十分焼き付けられている（有沢製作所製品、商品名；Ｔ３３１０−ＬＴ）。
【００１７】
この半導電性テープ１ａは、コイル導体１ｄおよびマイカテープ３上に巻き付けられ、エポキシ系含浸レジン中に含有するスチレンモノマーの溶媒作用により、半導電性テープ１ａのカーボン粉末を含むゴム系組成物の一部を膨潤させ、膨潤した半導電性の成分がマイカテープの外周に巻き付けられている裏打ち材３ｂ間の僅かな隙間（図４中の３ｂ−１）やマイカテープ３の半重ねで巻いた僅かな隙間（図５中の３ｂ−２）にも入り込む。
膨潤された組成物は含浸レジンの粘度よりも数倍粘度が高くなっており、このような隙間から流出することは無い。
【００１８】
これらの組成物は加熱硬化されることによって、マイカ箔３ａと半導電性テープ１ａ間が強固に接着一体化され、両材料の間の隙間には気泡が全く無いので、高電圧下でも部分放電をほとんど起さず、コイル絶縁の寿命を大幅に伸ばし、信頼性の高い固定子コイルを得ることができる。
【００１９】
半導電性テープ１ａ中には、硬化後も柔軟性をもち、しかも耐熱性の高い熱硬化性樹脂とスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物が配合されているが、熱硬化性樹脂に対し、ゴム系接着剤は５〜３０％配合するのが好適であり、もしゴム系接着剤量が５％以下の場合、含浸後のスチレンによる膨潤硬化がほとんど無く、また３０％以上の場合はゴムの持つ耐熱性の影響が出て半導電性層１ａの耐熱性を低下させることになり、好ましくない。
【００２０】
なお、半導電性テープ１ａ中にスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物が配合されていない場合、含浸レジン中にスチレンモノマーが入っていても膨潤効果が無く、また、半導電性テープ１ａ中にスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物が配合されていても、含浸レジン中にスチレンモノマーが入って無ければ膨潤効果は無く、この発明による実施の形態における効果を達成できないことは言うまでも無い。
ちなみに、実施の形態１で述べた、図１の形状をした固定子コイル１に、スチレン・ブタジエンゴムの混合物を配合していない半導電性テープを使用し、固定子コイルを製作して特性を測定した結果、部分放電特性は５０ＰＰＳ、１６ｋｂの測定条件で７５ｐｃでありこの段階ではほぼ問題なかった。
また、固定子コイルに３０ＫＶの電圧を１０００時間印加した後の固定子コイルは、半導電性テープの表面は部分放電による影響を受け、半導電性テープの約半分が消失してマイカ層を露出していた。
【００２１】
更に、同じ条件で部分放電特性を測定した結果、３２０，０００ｐｃと劣化が激しく、機器に使用できる状態ではなかった。
【００２２】
この発明による実施の形態１によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のカーボン粉末およびゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂にビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を説明する。
この実施の形態２において、ここで説明する構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１における構成および方法と同一の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００２４】
この実施の形態２では、この発明の特徴である半導電性テープ１ａとして、絶縁基材としてガラスクロスに抵抗値を調整するためのカーボン粉末、カーボン粉末を絶縁基材に保持するためのポリエステルイミド樹脂とスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物からなり、表面抵抗率が１００〜１０００Ωの範囲に調節されている（有沢製作所製品、商品名；１０３１−ＬＧ）。
【００２５】
この半導電性テープ１ａは、実施の形態１と同様、コイル導体１ｄおよびマイカテープ３上に巻き付け、スチレンモノマーを含有するエポキシ系含浸レジン中で真空加圧含浸処理他、実施の形態１と同様に固定子コイルを製作して特性を測定した。
【００２６】
この結果、部分放電特性は、５０ＰＰＳ，１６ｋｖの測定条件で６５ｐｃと良好であった。
また、固定子コイルに３０ＫＶの電圧を１０００時間印加した後、半導電性テープの表面を調べたが部分放電による影響は全く見られず、異常なかった。確認のため、同じ条件で部分放電特性を測定した結果、６９ｐｃと殆んど変化していなかった。
【００２７】
この発明による実施の形態２によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のカーボン粉末およびゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、ビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および真空加圧含浸処理した後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００２８】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を説明する。
この実施の形態３において、ここで説明する構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２における構成および方法と同一の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００２９】
上記実施の形態１および実施の形態２では、この発明の特徴である半導電性テープ１ａの絶縁性基材を変えた場合について述べたが、半導電性微粉末としてグラファイトカーボンを用いた場合においては、アルキッド樹脂，不飽和ポリエステル樹脂やポリエステルイミド樹脂などのような加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂に、スチレン・ブタジエン系ゴム以外のニトリルゴム，ネオプレンゴム，ニトリル・ブタジエンゴム，ブタジエンゴム等いずれのゴム系接着材料を配合したワニス状物質を使用した半導電性テープでも、スチレンモノマーを含むエポキシ系含浸レジンで真空加圧含浸処理すれば、実施の形態１と殆んど同程度の特性を持つ固定子コイルが製造できる。
【００３０】
この発明による実施の形態３によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のグラファイトカーボン粉末およびスチレン・ブタジエン系ゴム以外のニトリルゴム，ネオプレンゴム，ニトリル・ブタジエンゴム，ブタジエンゴム等のゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、ビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００３１】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を説明する。
この実施の形態４において、ここで説明する構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態３における構成および方法と同一の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００３２】
この実施の形態４では、この発明の特徴である半導電性微粉末、熱硬化性樹脂およびゴム系組成物を組み合わせ配合してなる半導電性テープ１ａを用い、含浸樹脂として酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、スチレンモノマー以外のビニル基を有する反応性希釈剤、例えばビニルトルエン、Ｐ，ｔブチルスチレン（パラ＿ターシャリー＿ブチルスチレン）やアクリル系モノマー等を添加することで、いずれも好適に使用でき、この発明における膨潤効果による部分放電特性の良い固定子コイルが製造できる。
【００３３】
この発明による実施の形態４によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のカーボン粉末およびゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、スチレンモノマー以外の、ビニルトルエン、Ｐ，ｔブチルスチレン（パラ＿ターシャリー＿ブチルスチレン）やアクリル系モノマー等のビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、マイカテープを巻いた主絶縁層および熱硬化性樹脂とニトリル系ゴム，ネオプレン系ゴム，ニトリル・ブタジエン系ゴム，ブタジエン系ゴム，スチレン・ブタジエン系ゴムから選ばれたゴム系接着剤とを配合した半導電性テープを巻いた半導電層を形成し真空乾燥およびビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加したエポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をしたコイルを一旦加熱硬化させ、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗材料で電界緩和層を形成し、再度加熱して前記電界緩和層を硬化させるようにしたので、加熱硬化により強固に接着一体化された主絶縁層および半導電層に再度の加熱により電界緩和層を硬化させることによって、マイカテープによる主絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイル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】 この発明による実施の形態における固定子コイルの構成を示す断面図である。
【図２】 この発明による実施の形態における回転電機の固定子コイルの配置を示す概略図である。
【図３】 図２のIII−III線における拡大断面図である。
【図４】 マイカテープ３の一部を構成する裏打ち材３ｂ中の気泡の存在箇所を説明するための概略図である。
【図５】 マイカテープ３の巻き付け時にできる隙間の存在箇所を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１ コイル、１ａ 半導電性テープ、１ｂ 高抵抗材料、１ｃ 絶縁層、１ｄコイル導体、３ マイカテープ、３ａ マイカ箔、３ｂ 裏打ち材、４ 離型フィルムテープ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機用固定子コイルの製造方法に関するもので、特に高電圧回転機器で発生する部分放電を抑制するため、耐コロナ特性に優れた固定子コイルを製造する固定子コイルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機用固定子コイルにおいては、素線を組み合わせ所定の形状に成形したコイルに主絶縁となるマイカテープが巻かれるものであって、固定子コアに接触する箇所には低抵抗の半導電性材料を巻き、コイルエンドには電界緩和作用をなす高抵抗の材料を巻き固定子コイルを製作している（例えば、特許文献１参照）。ここで、低抵抗材料および高抵抗材料はテープ状のものや、塗料を使用しても固定子コイルの性能は同等のものが得られる。
なお、低抵抗の半導電性材料としては、絶縁基材にカーボンを含む塗料を処理した材料も使用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２５７７０６号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開昭５６−１２３７５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転電機用固定子コイルは、主絶縁層としてマイカテープを巻き付けた上に、固定子コアと同電位にするため半導電性テープや塗料を配置しているが、半導電性テープを使用する場合では、マイカテープの裏打ち材と半導電性テープとの接着面、特に、裏打ち材の繊維の中やマイカテープの半重ね巻き時にできる微小な隙間に気泡が出来易く、一旦出来た気泡は高電圧下では部分放電を伴い、やがて弱点部である有機質を攻撃、分解させて絶縁層の破壊、あるいは機器の故障に至る恐れがあった。
半導電性材料が塗料の場合も同様に、マイカテープ上にはマイカ材の保護のために、ポリエステルやガラスの絶縁基材を巻き付けるが、この基材の上や基材の中に発生した気泡が高電圧下で部分放電し、有機質の分解、絶縁層の破壊事故に至るという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、マイカテープによる主絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る固定子コイルの製造方法では、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイルに、マイカテープを巻いて主絶縁層を形成し、次に半導電性の微粉末と熱硬化性樹脂とニトリル系ゴム，ネオプレン系ゴム，ニトリル・ブタジエン系ゴム，ブタジエン系ゴム，スチレン・ブタジエン系ゴムから選ばれたゴム系接着剤とを配合した半導電性テープを巻いて半導電層を形成し、更に酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂にビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加したエポキシ含浸レジンによる真空加圧含浸工程に際して、離型効果のあるフィルムテープを巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイルを一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープを除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗材料で電界緩和層を形成し、再度加熱して前記電界緩和層を硬化させるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図５に基づいて説明する。図１はこの発明の固定子コイルの構成を示す断面概略図である。図２は回転電機の固定子に配置する固定子コアおよび固定子コイルの概略図である。図３は図２のIII−III線における拡大断面図である。図４はマイカテープ３の一部を構成する裏打ち材３ｂ中の気泡の存在箇所を説明するための概略図である。図５はマイカテープ３の巻き付け時にできる隙間の存在箇所を説明するための概略図である。
【０００９】
図２において、固定子コイル１は固定子コア２に挿入され、所定の巻線が形成される。
ここで、固定子コイル１の表面は固定子コア２と同電位にするため、低抵抗材料１ａで半導電処理されており、また固定子コア２からコイルエンド方向に向け、高抵抗材料１ｂで電界緩和層処理されている。
また、１ｃは通常の絶縁層、１ｄはコイルを形成する絶縁された素線導体束である。
【００１０】
図１は、固定子コイル１の固定子コア２内での断面を示し、コイル導体束１ｄ上にマイカ絶縁層３、低抵抗の半導電性テープ１ａ、離型テープ層４をそれぞれ配置した状態を示す。
【００１１】
図１において、コイル導体束１ｄ上にテーピングしたマイカテープ３は、集成マイカ箔３ａとガラスクロス、ポリエステル不織布、フィルム類などの裏打ち材３ｂ、とエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など通常公知の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤で貼りあわせてマイカテープ３を形成している。
通常、集成マイカテープ中に接着剤として含有する熱硬化性樹脂は５〜１５％（重量％、以下同様）が好適であり、またマイカテープの厚さは０．１〜０．２ｍｍのものが好適に使用できる。なお、この発明で使用したマイカテープ３は未焼成法で製造したマイカ箔３ａ（厚さ０．１ｍｍ）、裏打ち材３ｂとしてガラスクロス（厚さ０．０３ｍｍ）、接着剤としてエポキシ樹脂を７％含有して製造したマイカテープ（厚さ０．１３ｍｍ）３で、２５ｍｍ幅に切断したものを使用した。
【００１２】
マイカテープ３は所定の形状に成形された導体束１ａ上に、マイカ箔３ａに傷がつかないよう裏打ち材３ｂが外周になるよう半重ねで巻き付けられる。
この発明の特徴である半導電性テープ１ａにおいては、アセチレンブラック，グラファイトカーボンのような半導電性の微粉末と、アルキッド樹脂，不飽和ポリエステル樹脂や、ポリエステルイミド樹脂などのような加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂と、ニトリル系ゴム、ネオプレン系ゴム、ニトリル・ブタジエン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン・ブタジエン系ゴムなどのゴム系接着剤とを配合してなる成分系をワニス状とし、ガラスクロスやポリエステルクロスのような絶縁基材に塗布、乾燥して柔軟性のある半導電性テープ１ａが作られる。
この半導電性テープ１ａは、マイカテープ３上に半重ねで１回巻き付けられる。
【００１３】
更に、エポキシ系含浸レジンの硬化に際し、離型効果のあるフッ素系テープやポリプロピレンテープ等のフィルムテープ４を半重ねで１回巻き、真空乾燥後、エポキシ系含浸レジンとして、公知のエポキシ樹脂であって酸無水物を硬化剤とする樹脂系に反応性希釈材として、スチレンモノマー，ビニルトルエン等のようなビニル化合物および触媒を含有する２０℃での粘度が２０〜８０ｍＰａ・ｓの含浸レジンを用いて、真空加圧含浸処理した後、コイルを一旦加熱硬化させ、次に離型フィルムテープ４を除き、図２のIII−III線における拡大断面図である図３に示すように、半導電性テープ１ａの端部と接して高抵抗のテープ又は塗料で電界緩和層１ｂを形成し、主絶縁層の硬化を完全に行うことと、電界緩和層の硬化を行うため、再度加熱硬化することを特徴としている。
【００１４】
この発明では、真空加圧含浸前に離型テープを巻き付けていることも特徴であり、含浸レジンの粘度を低くして絶縁層内への含浸性を良くしている反面、含浸後、絶縁層からのレジンが漏れないようにフィルム状のテープを巻き付け、絶縁特性の向上を図っている。
【００１５】
この発明により製造した図１の形状をした固定子コイル（コア長さ４０００ｍｍ、絶縁厚さ３ｍｍ、適用電圧１６ＫＶ）の部分放電特性は、５０ＰＰＳ，１６ｋｖの測定条件で５０ｐｃと良好であった。
また、固定子コイルに３０ＫＶの電圧を１０００時間印加した後、半導電性テープの表面を調べたが部分放電による影響は全く見られず、異常なかった。確認のため、同じ条件で部分放電特性を測定した結果、６２ｐｃとほとんど変化していなかった。
【００１６】
この発明の特徴である半導電性テープ１ａは、絶縁基材としてテトロンクロスを用い、抵抗値を調整するためのカーボン粉末、カーボン粉末を絶縁基材に保持するための耐熱性の良いポリエステル樹脂とスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物からなり、表面抵抗率が１００〜１０００Ωの範囲に調節されており、一般的な溶剤に溶解しないように十分焼き付けられている（有沢製作所製品、商品名；Ｔ３３１０−ＬＴ）。
【００１７】
この半導電性テープ１ａは、コイル導体１ｄおよびマイカテープ３上に巻き付けられ、エポキシ系含浸レジン中に含有するスチレンモノマーの溶媒作用により、半導電性テープ１ａのカーボン粉末を含むゴム系組成物の一部を膨潤させ、膨潤した半導電性の成分がマイカテープの外周に巻き付けられている裏打ち材３ｂ間の僅かな隙間（図４中の３ｂ−１）やマイカテープ３の半重ねで巻いた僅かな隙間（図５中の３ｂ−２）にも入り込む。
膨潤された組成物は含浸レジンの粘度よりも数倍粘度が高くなっており、このような隙間から流出することは無い。
【００１８】
これらの組成物は加熱硬化されることによって、マイカ箔３ａと半導電性テープ１ａ間が強固に接着一体化され、両材料の間の隙間には気泡が全く無いので、高電圧下でも部分放電をほとんど起さず、コイル絶縁の寿命を大幅に伸ばし、信頼性の高い固定子コイルを得ることができる。
【００１９】
半導電性テープ１ａ中には、硬化後も柔軟性をもち、しかも耐熱性の高い熱硬化性樹脂とスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物が配合されているが、熱硬化性樹脂に対し、ゴム系接着剤は５〜３０％配合するのが好適であり、もしゴム系接着剤量が５％以下の場合、含浸後のスチレンによる膨潤硬化がほとんど無く、また３０％以上の場合はゴムの持つ耐熱性の影響が出て半導電性層１ａの耐熱性を低下させることになり、好ましくない。
【００２０】
なお、半導電性テープ１ａ中にスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物が配合されていない場合、含浸レジン中にスチレンモノマーが入っていても膨潤効果が無く、また、半導電性テープ１ａ中にスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物が配合されていても、含浸レジン中にスチレンモノマーが入って無ければ膨潤効果は無く、この発明による実施の形態における効果を達成できないことは言うまでも無い。
ちなみに、実施の形態１で述べた、図１の形状をした固定子コイル１に、スチレン・ブタジエンゴムの混合物を配合していない半導電性テープを使用し、固定子コイルを製作して特性を測定した結果、部分放電特性は５０ＰＰＳ、１６ｋｂの測定条件で７５ｐｃでありこの段階ではほぼ問題なかった。
また、固定子コイルに３０ＫＶの電圧を１０００時間印加した後の固定子コイルは、半導電性テープの表面は部分放電による影響を受け、半導電性テープの約半分が消失してマイカ層を露出していた。
【００２１】
更に、同じ条件で部分放電特性を測定した結果、３２０，０００ｐｃと劣化が激しく、機器に使用できる状態ではなかった。
【００２２】
この発明による実施の形態１によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のカーボン粉末およびゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂にビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を説明する。
この実施の形態２において、ここで説明する構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１における構成および方法と同一の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００２４】
この実施の形態２では、この発明の特徴である半導電性テープ１ａとして、絶縁基材としてガラスクロスに抵抗値を調整するためのカーボン粉末、カーボン粉末を絶縁基材に保持するためのポリエステルイミド樹脂とスチレン・ブタジエンゴムの混合組成物からなり、表面抵抗率が１００〜１０００Ωの範囲に調節されている（有沢製作所製品、商品名；１０３１−ＬＧ）。
【００２５】
この半導電性テープ１ａは、実施の形態１と同様、コイル導体１ｄおよびマイカテープ３上に巻き付け、スチレンモノマーを含有するエポキシ系含浸レジン中で真空加圧含浸処理他、実施の形態１と同様に固定子コイルを製作して特性を測定した。
【００２６】
この結果、部分放電特性は、５０ＰＰＳ，１６ｋｖの測定条件で６５ｐｃと良好であった。
また、固定子コイルに３０ＫＶの電圧を１０００時間印加した後、半導電性テープの表面を調べたが部分放電による影響は全く見られず、異常なかった。確認のため、同じ条件で部分放電特性を測定した結果、６９ｐｃと殆んど変化していなかった。
【００２７】
この発明による実施の形態２によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のカーボン粉末およびゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、ビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および真空加圧含浸処理した後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００２８】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を説明する。
この実施の形態３において、ここで説明する構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１および実施の形態２における構成および方法と同一の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００２９】
上記実施の形態１および実施の形態２では、この発明の特徴である半導電性テープ１ａの絶縁性基材を変えた場合について述べたが、半導電性微粉末としてグラファイトカーボンを用いた場合においては、アルキッド樹脂，不飽和ポリエステル樹脂やポリエステルイミド樹脂などのような加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂に、スチレン・ブタジエン系ゴム以外のニトリルゴム，ネオプレンゴム，ニトリル・ブタジエンゴム，ブタジエンゴム等いずれのゴム系接着材料を配合したワニス状物質を使用した半導電性テープでも、スチレンモノマーを含むエポキシ系含浸レジンで真空加圧含浸処理すれば、実施の形態１と殆んど同程度の特性を持つ固定子コイルが製造できる。
【００３０】
この発明による実施の形態３によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のグラファイトカーボン粉末およびスチレン・ブタジエン系ゴム以外のニトリルゴム，ネオプレンゴム，ニトリル・ブタジエンゴム，ブタジエンゴム等のゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、ビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００３１】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を説明する。
この実施の形態４において、ここで説明する構成および方法以外の構成内容および方法内容については、先に説明した実施の形態１ないし実施の形態３における構成および方法と同一の構成内容および方法内容を具備し、同様の作用を奏するものである。
【００３２】
この実施の形態４では、この発明の特徴である半導電性微粉末、熱硬化性樹脂およびゴム系組成物を組み合わせ配合してなる半導電性テープ１ａを用い、含浸樹脂として酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、スチレンモノマー以外のビニル基を有する反応性希釈剤、例えばビニルトルエン、Ｐ，ｔブチルスチレン（パラ＿ターシャリー＿ブチルスチレン）やアクリル系モノマー等を添加することで、いずれも好適に使用でき、この発明における膨潤効果による部分放電特性の良い固定子コイルが製造できる。
【００３３】
この発明による実施の形態４によれば、回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイル１に、マイカテープ３を巻いて主絶縁層を形成し、次に、前記主絶縁層の外周に、半導電化するに必要な量のカーボン粉末およびゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープからなる半導電性テープ１ａを巻いて半導電層を形成し、更に、前記半導電層の外周に、酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂に、スチレンモノマー以外の、ビニルトルエン、Ｐ，ｔブチルスチレン（パラ＿ターシャリー＿ブチルスチレン）やアクリル系モノマー等のビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加した含浸レジンからなるエポキシ系含浸レジンの硬化に際し離型効果のあるフィルムテープ４を巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイル１を一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープ４を取り除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗プリプレグテープまたは塗料からなる高抵抗材料１ｂで電界緩和層を形成し、再度加熱硬化するようにしたので、マイカテープによる絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイルの製造方法を提供することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、マイカテープを巻いた主絶縁層および熱硬化性樹脂とニトリル系ゴム，ネオプレン系ゴム，ニトリル・ブタジエン系ゴム，ブタジエン系ゴム，スチレン・ブタジエン系ゴムから選ばれたゴム系接着剤とを配合した半導電性テープを巻いた半導電層を形成し真空乾燥およびビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加したエポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をしたコイルを一旦加熱硬化させ、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗材料で電界緩和層を形成し、再度加熱して前記電界緩和層を硬化させるようにしたので、加熱硬化により強固に接着一体化された主絶縁層および半導電層に再度の加熱により電界緩和層を硬化させることによって、マイカテープによる主絶縁層上に半導電層を配置してなる固定子コイルの部分放電による影響を改善し、長期にわたって優れた課電特性を確保できる長寿命の固定子コイルが得られる回転電機用固定子コイル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】 この発明による実施の形態における固定子コイルの構成を示す断面図である。
【図２】 この発明による実施の形態における回転電機の固定子コイルの配置を示す概略図である。
【図３】 図２のIII−III線における拡大断面図である。
【図４】 マイカテープ３の一部を構成する裏打ち材３ｂ中の気泡の存在箇所を説明するための概略図である。
【図５】 マイカテープ３の巻き付け時にできる隙間の存在箇所を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１ コイル、１ａ 半導電性テープ、１ｂ 高抵抗材料、１ｃ 絶縁層、１ｄコイル導体、３ マイカテープ、３ａ マイカ箔、３ｂ 裏打ち材、４ 離型フィルムテープ。
Claims (2)
- 回転電機用固定子コイルを製造するにあたり、導体を所定の形状に成形したコイルに、マイカテープを巻いて主絶縁層を形成し、次に半導電性の微粉末と熱硬化性樹脂とニトリル系ゴム，ネオプレン系ゴム，ニトリル・ブタジエン系ゴム，ブタジエン系ゴム，スチレン・ブタジエン系ゴムから選ばれたゴム系接着剤とを配合した半導電性テープを巻いて半導電層を形成し、更に酸無水物を硬化剤とするエポキシ樹脂にビニル基を有する化合物からなる反応性希釈材および触媒を添加したエポキシ含浸レジンによる真空加圧含浸工程に際して、離型効果のあるフィルムテープを巻き、真空乾燥および前記エポキシ系含浸レジンによる真空加圧含浸処理をした後、前記主絶縁層および半導電層を形成したコイルを一旦加熱硬化させ、次に前記離型フィルムテープを除き、前記半導電性テープにより形成された半導電層の端部と接して高抵抗材料で電界緩和層を形成し、再度加熱して前記電界緩和層を硬化させることを特徴とする回転電機用固定子コイルの製造方法。
- 前記半導電性テープとして、半導電化するに必要な量のカーボン粉末および前記ゴム系接着剤を含有する加熱硬化後も柔軟性を有する熱硬化性樹脂を繊維状基材に結着させた織布テープを使用することを特徴とする請求項１に記載の回転電機用固定子コイルの製造方法。
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