JP4893085B2 - 電気絶縁線輪、全含浸コイルおよびこれらを用いた回転電機 - Google Patents
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Description
(1)単独プリプレグ方式は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体にプリプレグマイカテープを巻き回した後、熱硬化して電気絶縁線輪とし、この電気絶縁線輪を鉄心スロットに収納してサシギ下ライナー、サシギなどで固定して固定子とする方式。
(2)単独注入方式は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に、電気絶縁マイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体とし、エポキシ樹脂組成物を真空、加圧により含浸し、熱硬化して電気絶縁線輪とする。この電気絶縁線輪を鉄心スロットに収納してサシギ下ライナー、サシギで固定して固定子とする方式。
(3)全含浸方式は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に、電気絶縁マイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体とし、この電気絶縁線輪単体を鉄心スロットに組込み、サシギ下ライナー、サシギなどでスロット内に固定し鉄心外端部で接続して一体とする。一体化した電気絶縁線輪単体と鉄心にエポキシ樹脂組成物を真空、加圧により注入(含浸)した後、エポキシ樹脂組成物を熱硬化して固定子とする方式。
<電気絶縁マイカテープ>
電気絶縁線輪、全含浸コイルの導体に巻き回される電気絶縁マイカテープは、少なくともマイカ、補強層、硬化触媒から構成されている。
<電気絶縁線輪>
電気絶縁線輪は、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に本発明の電気絶縁マイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体を作製し、注入タンク内などで電気絶縁線輪単体にエポキシ樹脂組成物を真空、加圧により注入(含浸)した後に、熱硬化して作製される。
<全含浸コイル>
全含浸コイルは、規定形状に成型して絶縁被覆した導体に本発明の電気絶縁マイカテープを巻き回して電気絶縁線輪単体を作製し、この電気絶縁線輪単体を鉄心スロットに組込み、サシギ下ライナー、サシギなどを用いてスロット内に固定し鉄心外端部で接続して、電気絶縁線輪単体と鉄心とを一体化する。注入タンク内などで前記一体化した電気絶縁線輪単体と鉄心にエポキシ樹脂組成物を真空、加圧により注入(含浸)した後に、エポキシ樹脂組成物を熱硬化して全含浸コイルが作製される。
<回転電機>
上記の如く作製した電気絶縁線輪を適用した回転電機は、上記電気絶縁線輪を鉄心スロットに組込み、サシギ下ライナーやサシギなどでスロット内に固定して、鉄心外端部で接続して作製した固定子と回転子を組立てて作製される。また、上記の如く作製した全含浸コイル(固定子)と回転子を組立てて全含浸型回転電機が作製される。
以下、本発明の電気絶縁線輪、全含浸コイルおよび回転電機、これらに用いられる電気絶縁マイカテープについて、それぞれ実施例を用いて具体的に説明する。
シェルフライフは23℃の大気中に50日間保管(放置)した電気絶縁マイカテープを、JIS規格C2116に準じた柔軟性試験で評価した。曲げ特性はオートグラフDSS−5000(島津製作所社製) を用いて、サンプルが長さ100mm×幅15mm×厚さ0.2mmの寸法とした。柔軟性が100N/m以内であれば、ドライマイテープが導体に容易に密着しやすく、また、マイカの剥離も生じ難くなるので絶縁性能も低下しにくい。判定方法は電気絶縁マイカテープの柔軟性が100N/m以内の時は○、100N/mを超える時は×とした。
ゲルタイムは注入するエポキシ樹脂組成物[ビスフェノールA型エポキシ樹脂AER−
250(旭化成エポキシ社製)を100重量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸硬化剤HN−5500(日立化成工業社製)を100重量部としたエポキシ樹脂組成物を一例として用いた]100gに対して、表1〜表3に示した硬化触媒(エポキシアダクトイミダゾール、ナフテン酸亜鉛、2−エチル−4メチルイミダゾール、オクチル酸マンガン)の単位を重量%とした配合量を混合した[例えば、実施例1の場合、エポキシ樹脂組成物
100gに対して、エポキシアダクトイミダゾールを0.3重量%(0.3g)を添加した]。ゲルタイムは前記エポキシ樹脂組成物と硬化触媒の混合物を試験管に入れて、120℃に調整したオイルバス内で測定した。判定方法はゲルタイムが40min 以内であれば、エポキシ樹脂組成物の流出量を少なくできるので40min以内の時は○、40minを超える時は×とし、また、ゲルタイムを( )内に併記した。
サンプルとなる絶縁マイカ板は、幅200mm×長さ300mm×厚さ0.20mm の電気絶縁マイカテープ(シート)を15層重ねて金属板の間に挟んで、エポキシ樹脂組成物[ビスフェノールA型エポキシ樹脂AER−250を100重量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸硬化剤HN−5500を100重量部としたエポキシ樹脂組成物を一例として用いた]を真空、加圧注入した後に、170℃/10h熱硬化して製作した。ガラス転移温度用サンプルは前記絶縁マイカ板から長さ10mm×5mm角の寸法に加工して作製した。ガラス転移温度は、TM−7000(ULVAC理工社製)を用いて、圧縮モードにより
25℃から250℃までを2℃/min で昇温し、線膨張係数の変曲点から算出した。判定方法はガラス転移温度が140℃以上であれば、高温域での絶縁性能が低下しにくいので○と表示し、140℃より低い時は×と表示し、ガラス転移温度を( )内に併記した。
ヒートサイクルは恒温槽内に静置した前含浸コイルを50℃⇔120℃を1サイクル当り30min という条件で1000サイクルを実施した。耐ヒートサイクル特性は前記ヒートサイクル後のΔtanδを測定して判定した。Δtanδの判定基準は2%以下とした。
本発明の参考例1〜3の電気絶縁マイカテープは、マイカと補強層(ガラスクロス)とをバインダ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)で接着して、エポキシアダクトイミダゾール(ジャパンエポキシレジン社製、商品名P200)を表1に示した配合量でマイカと補強層(ガラスクロス)に塗布したものを用いた。一方、比較例として、エポキシアダクトイミダゾールの代わりに表1に示した配合量で2−エチル−4メチルイミダゾール(四国化成社製)を用いた。参考例および比較例の電気絶縁マイカテープの各特性および、電気絶縁マイカテープに含まれている触媒量と注入したエポキシ樹脂組成物を混合した時の各特性の評価結果を表1に示す。
本発明の実施例4〜12の電気絶縁マイカテープは、マイカと補強層(ガラスクロス)とをバインダ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)で接着して、エポキシアダクトイミダゾール(ジャパンエポキシレジン製、商品名P200)とナフテン酸亜鉛(日本化学産業社製)を、表2に示した配合量でマイカと補強層(ガラスクロス)に塗布したものを用いた。比較例4〜9の電気絶縁マイカテープは、マイカと補強層(ガラスクロス)とをバインダ樹脂で接着して、エポキシアダクトイミダゾール、ナフテン酸亜鉛および2−メチルイミダゾール(四国化成社製)を表3に示した配合量でマイカと補強層(ガラスクロス)に塗布したものを用いた。本実施例および比較例の電気絶縁マイカテープの各特性および、電気絶縁マイカテープに含まれている触媒量と注入したエポキシ樹脂組成物を混合した時の各特性を評価し、本実施例を表2に、比較例を表3に記載した。
100N/m以内と柔らかく、シェルフライフは判定値を満足した。また、硬化触媒とエポキシ樹脂組成物の混合物のゲルタイムはいずれも15min 以内とより速くでき、また、該エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度も142℃以上であった。
全含浸コイルは、単独注入コイルに比べて熱的ストレスの影響を受け易く、この熱的ストレスは、全含浸コイルなどの固定子コイルの電気絶縁性の低下を招く。したがって、全含浸コイルが熱的ストレスを受けた時に電気絶縁性の低下を抑制できる構成であれば、全含浸コイルに比べて熱的ストレスが小さい単独注入コイルは、比較的容易に作製できる。このため、本実施例では本発明の電気絶縁マイカテープを適用して全含浸コイルを作製した例について説明する。
(全含浸コイル)
本発明に示す電気絶縁マイカテープを用いて全含浸コイルを作製した例について説明する。
(b)が図1(a)の円で示した部分の内部断面拡大図である。
図2(a)は本発明の全含浸コイルの断面正面図、図2(b)が本発明の図2(a)の楕円で示した部分の鉄心スロット(電気絶縁線輪単体挿入後)断面拡大図である。
(旭化成エポキシ社製)を100重量部、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸硬化剤HN−5500(日立化成工業社製)を100重量部としたエポキシ樹脂組成物を一例として用いた]を真空、加圧注入した後に、170℃/10h熱硬化して実施例13の全含浸コイルを製作した。
表4に示すように実施例14、15、16の全含浸コイルは実施例5、8、11の電気絶縁マイカテープを、また、比較例10、11、12の全含浸コイルは比較例2、5、8の電気絶縁マイカテープをそれぞれ用いて、実施例13と同様に作製した。
Δtanδ(ヒートサイクル0回、500回、1000回) を測定した結果を図4に示した。本実施例13〜16の全含浸コイルはヒートサイクル1000回後のΔtanδが0.7〜
1.5% の範囲であった。一方、比較例10〜12の全含浸コイルはヒートサイクル1000回後のΔtanδが2.9〜3.1% と大きくなった。比較例10は比較例2のシェルフライフが短い電気絶縁マイカテープであったので、柔軟性が不足して電気絶縁マイカテープを導体へ巻きつける際にマイカが剥離してしまい確実な絶縁被覆層とできなかった。比較例11は比較例5の構成の電気絶縁マイカテープを用いたため、ガラス転移温度が低くなってしまいヒートサイクル時に絶縁層間で剥離が生じた。比較例12は比較例8のシェルフライフが短い電気絶縁マイカテープであったので、柔軟性が不足して電気絶縁マイカテープを導体へ巻きつける際にマイカが剥離してしまい確実な絶縁被覆層とできなかった。
(回転電機)
本発明に示す電気絶縁マイカテープを用いて作製した全含浸コイルを適用した、本発明の回転電機の例について説明する。
Claims (5)
- 補強層と、前記補強層に固定されたマイカと、エポキシ樹脂の硬化触媒としてエポキシアダクトイミダゾール及びナフテン酸亜鉛と、を有する電気絶縁マイカテープを、規定形状に成型された導体に巻き回して電気絶縁線輪単体とし、
前記電気絶縁線輪単体に、エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤とを有するエポキシ樹脂組成物を注入して硬化したことを特徴とする電気絶縁線輪。 - 請求項1において、前記電気絶縁マイカテープに含まれるエポキシアダクトイミダゾールが0.3g/m 2 以上5g/m 2 以下であり、ナフテン酸亜鉛が1g/m 2 以上10g/m 2 以下であることを特徴とする電気絶縁線輪。
- 補強層と、前記補強層に固定されたマイカと、エポキシ樹脂の硬化触媒としてエポキシアダクトイミダゾール及びナフテン酸亜鉛と、を有する電気絶縁マイカテープを、規定形状に成型された導体に巻き回して電気絶縁線輪単体とし、
前記電気絶縁線輪単体と鉄心とを一体化し、エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤とを有するエポキシ樹脂組成物を注入して硬化したことを特徴とする全含浸コイル。 - 請求項3において、前記電気絶縁マイカテープに含まれるエポキシアダクトイミダゾールが0.3g/m 2 以上5g/m 2 以下であり、ナフテン酸亜鉛が1g/m 2 以上10g/m 2 以下であることを特徴とする全含浸コイル。
- 請求項3または4に記載された全含浸コイルと、回転子とを有することを特徴とする回転電機。
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