JP4939558B2

JP4939558B2 - 固定子コイル表面被膜形成方法および塗料噴射装置

Info

Publication number: JP4939558B2
Application number: JP2009038168A
Authority: JP
Inventors: 実青木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: US8287965B2; CN101902102A; US20100215844A1; CN101902102B; FR2942575A1; FR2942575B1; JP2010193689A; DE102009044715A1

Description

本発明は、回転電機の固定子コイル表面に形成される半導電性被膜の剥がれを補修する技術である固定子コイル表面被膜形成方法および半導電性被膜を形成するために用いる塗料噴射装置に関する。

空気冷却発電機の固定子コイル表面には、半導電性被膜が形成されており、発電機運転時に発生する電圧および温度上昇などにより、半導電性被膜が部分的に消失することがあった。半導電性被膜が部分的に消失した部位では、運転時の気中放電が起こり、オゾンや硝酸が発生して金属を腐食させたり、腐食生成物が回転子コイルのメグ低下を発生させていた。
従来においては、半導電性被膜の補修は、固定子コイルを固定子コアスロットから引き抜いての大掛かりな分解作業をともなうため、補修費用や時間を要するという問題があった。

また、従来の技術としてコイル側壁にチューブ状部材を貼り付けた状態で、スロット部内に配置し、チューブ内に半導電性エポキシ樹脂を注入し、当該樹脂を硬化させてスロット内にコイルを強固に支持固定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１８０６１１号公報

従来の空気冷却発電機の固定子コイル表面に成膜された半導電性被膜は、発電機運転時に発生する電圧および温度上昇などにより、部分的に剥がれ落ちるなどして消失することがあった。固定子コイルを固定子コアのスロット内から引き抜いて補修する場合は、費用と時間を要するという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、固定子コイルを固定子コアスロット内から引き抜くことなく、固定子コイル表面に形成された半導電性被膜の剥がれを補修することを目的としている。

この発明に係わる固定子コイル表面被膜形成方法は、回転電機の固定子コアに設けられた通風路に、円筒形状で側面部に半導電性塗料を噴射する複数の噴射口が設けられたノズルを挿入し、上記ノズルの周方向に所定間隔を空けて、また、円筒形の高さ方向に等間隔に並べられて開口された上記ノズルの複数の上記噴射口から、上記固定子コアの固定子コイルが納められたスロット部側の、上記通風路の角部近傍に向かって上記半導電性塗料を噴射し、上記通風路に表出する上記固定子コイルの表面に、半導電性被膜を形成する工程を含むものである。

この発明に係わる塗料噴射装置は、請求項１記載の固定子コイル表面被膜形成方法を実施するための塗料噴射装置であって、半導電性塗料を噴射するための複数の噴射口が先端部に開口されたノズル、上記ノズルに供給する上記半導電性塗料を貯蔵するタンク、上記タンク内に一端が配置されるとともに他端が上記ノズルに接続され上記タンク内の上記半導電性塗料を上記ノズル側に輸送するためのホース、上記タンクから上記半導電性塗料を汲み上げるためのエアーポンプ、上記ノズルと上記ホースとの接続部近傍に配置され上記半導電性塗料の噴出状態を調節するための手動コックを備え、上記ノズルの先端部は、回転電機の固定子コア内の固定子コイルが表出する通風路に挿入可能な形状であり、円筒形状である上記ノズルの側面部に、上記ノズルの周方向に所定間隔を空けて、また、円筒形の高さ方向に等間隔に並べられて開口された上記ノズルの複数の上記噴射口から、上記通風路の上記固定子コイルが納められたスロット部側の角部近傍に向かって上記半導電性塗料を噴射するものである。

この発明の固定子コイル表面被膜形成方法によれば、固定子コイルを固定子コア内に配置したままの状態で、通風路に表出する固定子コイル表面側から半導電性塗料を塗布でき、固定子コイルの表面に半導電性被膜を形成することができる。

また、この発明の塗料噴射装置によれば、塗料を噴射するノズルの形状を、固定子コア内の固定子コイルが表出する通風路に挿入可能な形状としたことにより、通風路にノズル先端部を挿入しての塗料塗布が可能となり、固定子コイルを固定子コアに配置したままの状態で固定子コイルの表面に半導電性被膜を形成することができる。

本発明の実施の形態１〜４が適用される、空気冷却発電機の固定子コアスロット部に、固定子コア内径側から外径側に向って塗料噴射装置のノズルが挿入された状態の断面図である。本発明の実施の形態１〜４が適用される、空気冷却発電機の固定子コアスロット部に、塗料噴射装置のノズルが挿入された状態を、発電機内径側から見た上面図である。図３（ａ）は、塗料噴射装置のノズル先端部の斜視図であり、図３（ｂ）は、ノズル先端部の断面図である。本発明の実施の形態１の塗料噴射装置による塗料塗布範囲を示す、発電機内径側から見た固定子コアの上面図である。本発明の実施の形態１の塗料噴射装置の概略図である。本発明の実施の形態２の塗料噴射装置の概略図である。本発明の実施の形態３の燃料噴射装置の概略図である。

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１について、図１〜図５を用いて説明する。
図１は空気冷却発電機（回転電機、発電機。）の固定子コアスロット部を示す断面図であり、回転電機の回転軸に対して垂直な面でのダクトピース部分における断面図である。この図１は、半導電性塗料を噴射するノズルが、固定子コアの内径側から外径側に向って、通風路となるコアダクトに挿入された半導電性塗料塗布時の状態を示している。
図２は空気冷却発電機の固定子コアスロット部を発電機内径側から見下ろした上面図であり、ノズルの挿入位置を示している。なお、半導電性塗料の塗布は、発電機のローター（回転子）を引き抜いた状態で、略円筒形の固定子の内径に作業者がノズルなどの塗料塗布装置を持って入り込むなどして行う作業であり、固定子コア内の固定子コイルは引き抜かずに行う補修作業である。

図１に示すように、固定子コア１の内径側には固定子コアスロット部（以下、スロット部とする。）２と呼ばれる複数の溝が等角度間隔で設けられている。スロット部２内には、固定子コイルに相当する上口コイル３、下口コイル４が納められている。固定子コイルは、半導電性ライナー５、中間ライナー６、絶縁ライナー７、ウェッジ８により、スロット部２内に支持、固定されている。
なお、スロット部２に入る部分の上口コイル３、下口コイル４の表面全面には、あらかじめ半導電性塗料よりなる被膜（図示せず。）が形成されており、その半導電性被膜は、塗料塗布によって成膜されるか、または半導電性のテープを巻き付けることによって形成され、半導電性被膜成膜後に、上口コイル３および下口コイル４はスロット部２に挿入さ
れる。
スロット部２への固定子コイル挿入時に表面に成膜されている半導電性被膜が部分的に傷付く場合もあり、また上述したように、発電機の運転中に半導電性被膜が部分的に欠損する場合がある。本発明では、スロット部２から固定子コイルを引き抜くことなく、部分的な損失が生じた半導電性被膜に、新たに半導電性塗料を塗布して半導電性被膜を成膜し、損失部分を補修する技術を紹介している。

図１では、一箇所のスロット部２にのみ固定子コイルが配置された状態を示しているが、スロット部２の溝形状を明確に示すために他のスロット部２の内部構造を省略して示したものであり、実際の回転電機においては、略円筒状の固定子コア１の内周に等間隔となるように数十のスロット部２が設けられる。発電機の機種によってスロット数は異なるが、例えば、６０スロット、７２スロットのものが主流となっており、全てのスロット部２に上口コイル３と下口コイル４等が配置されて用いられる。
図２に示すように、回転電機の軸方向に多数のケイ素鋼板が積み重ねられてなる構造の固定子コア１には、軸方向に一定間隔となるようにダクトピース９が組み込まれており、ダクトピース９の両サイドの空間は、冷却空気の通風路としての役割を担うコアダクト（通風路）１０となる。コアダクト１０は軸方向に５〜７mmの幅を有している。

図３は塗料噴射装置の噴射口が設けられたノズル１１の詳細図であり、図３（ａ）はノズル１１の斜視図であり、先端部が下、後述する塗料を溜めるタンク側に接続される付け根部分が上に描かれており、筒状（円筒状）のノズル１１の下端面は封鎖され、側面部に塗料を噴射させる円形の噴射口１２が複数個開口されている。なお、ノズル１１の先端部形状は一例であり、別の形状とすることも可能である。また、図３（ｂ）は、ノズル１１の周方向における断面図であり、噴射口１２の形成位置を示している。図３の例では、噴射口１２は、ノズル１１の周方向に９０°の間隔を空けて２ヶ所に開口され、また、円筒形の高さ方向に二列で等間隔に並べられて開口されている。

ノズル１１の噴射口１２が設けられる範囲（高さ方向の範囲）は、ノズル１１をコアダクト１０に挿入した場合に、上口コイル３の上端部から下口コイル４の下端部までの範囲とすることで、ノズル１１を適性な深さに挿入すれば、上口コイル３、下口コイル４の両方に同時に半導電性塗料を塗布することが可能となる。例えば、ノズル１１の長さ（高さ）が２５０ｍｍ、径が５〜６ｍｍ、固定子コア１のスロット部２の深さが２００ｍｍ、ノズル１１の先端部側の噴射口１２が設けられる高さ領域が１７０ｍｍとなるように寸法を決定することで、上口コイル３と下口コイル４が配置される高さ方向の範囲を塗布可能領域でカバーすることができる。
なお、噴出口１２の径は、大きすぎず、小さすぎない寸法にする必要があり、直径０．２〜０．４ｍｍ程度が適当である。なお、ノズル１１の外径は、コアダクト１０の幅（後述するｗ２）よりも小さく設計する必要があることは言うまでもない。

図３に示すような噴射口１２が開口されたノズル１１を用いて半導電性塗料を塗布した場合の塗料塗布図を図４に示す。図４は、発電機の内径側からスロット部２を見下ろした上面図であり、ノズル１１の周方向に対して噴射口１２を所定角度（例えば約９０°）の間隔で配置しておくと、二方向に効率的に塗料が噴射される。通風路となるコアダクト１０のスロット部２側（ウェッジ８側）の角部近傍に向かって塗料が噴射された場合、コアダクト１０に表出（露出）する固定子コイル３、４の表面（幅ｗ２。部分的に半導電性被膜の剥がれが生じていることが想定される。）に半導電性塗料が塗布されるだけでなく、固定子コイル（上口コイル３、下口コイル４）と固定子コア１の隙間から幅ｗ３だけ半導電性塗料が隙間に入り込み、ｗ３部分にも半導電性被膜を形成することが可能となる。例えば、ｗ３＝１０ｍｍ。そのため、図４に示すように、スロット部２側の固定子コイルにおける、幅ｗ１（＝ｗ２＋ｗ３×２）の領域への半導電性塗料の塗布が可能となる。

ここで、１ヶ所の噴射口１２から噴射される塗料の噴射状態は、噴出圧や噴射口形状によって変化するものであるが、図４に示すように二方向に塗布を噴射して、半導電性塗料１４を噴射口１２からシャワー状（多数の線状）に噴出させ、塗布面で塗料が広がり、幅ｗ２の全領域にわたって塗料を塗布できるように、噴出圧を調整すること、また、ノズル１１の挿入位置（コアダクト１０内でのノズル１１の配置。）を調整することが必要である。また、噴出口１２の配置については、ノズル１１の長さ（高さ）方向に沿って、二列に配置する例を示したが、少なくともコアダクト１０内に表出する固定子コアの表面への塗料塗布が可能であれば、３列以上となるように配置することや、ランダムな配置とすることも可能である。

なお、塗料塗布の際には、例えば、図１に示すように、コアダクト１０の発電機内径側から発電機外径側に向けて、ノズル１１を挿入するが、ノズル１１を手作業によってコアダクト１０内に、回転軸に対して垂直方向に挿入しようとした場合、ノズル１１の噴射口１２が配置される高さと、スロット部２内の上口コイル３、下口コイル４の高さとを合致させる必要がある。つまり、ノズル１１の挿入が浅すぎても、深すぎても効率よく固定子コイルに半導電性塗料を噴き付けることができない。そこで、ノズル１１を適切な深さに挿入できるように、ノズル１１の付け根側に固定子コア１の上面に当接させるための突起部を設け、突起部が固定子コア１の上面に接した状態で最適なノズル挿入位置となるようにしておくことで、作業者による塗料塗布作業が容易化する。

また、ノズル１１付け根側の非挿入部分をコアダクト１０の幅ｗ２より大きく形成しておくことも、ノズル１１の挿入作業の容易化に有効である。
また、ノズル１１をコアダクト１０内で適切な配置とするために、ノズル１１の付け根部分外周面形状がノズル１１の付け根側に向って徐々に膨らみを持つようにカーブさせ、ノズル１１の外周面を挿入ガイド部材として機能させることも有効である。
さらに、ノズル１１に挿入止めとなる突起部等を形成する以外に、ノズル１１の表面に、挿入領域と非挿入領域を区別する着色を行うことでも、作業者の目視による挿入深さ確認を容易化することができる。

ノズル１１から半導電性塗料を噴射させる燃料噴射装置について図５の概略図を用いて説明する。燃料噴射装置１３は、燃料を噴射する噴射口１２が開口されたノズル１１、ノズル１１に供給する半導電性塗料１４を貯蔵するタンク１５、タンク１５内から半導電性塗料１４をノズル１１に送り出すためのタンク側ホース（ホース）１６、タンク側ホース１６に接続されたポンプ（エアーポンプ）１７、ポンプ１８にエアーを供給するエアーホース１８、ポンプ１７とノズル１１の間に接続され、半導電性塗料１４をノズル１１側に供給するノズル側ホース（ホース）１９等によってなり、電源装置等は略記している。
ここで、エアーホース１８はエアー源と接続され、エアーの圧力により、タンク１５に貯蔵された半導電性塗料１４が汲み出され、タンク側ホース１６、エアーポンプ１７、ノズル側ホース１９を通って、ノズル１１内に導かれ、先端の噴出口１２から半導電性塗料１４が噴出される。

なお、塗料塗布作業時には、ポンプ１７等の本体が固定子コア１の外部に配置され、作業者がノズル１１部分を持って、ローターが引き抜かれた状態の固定子コア１の内径に入り込んで作業を行うものである。固定子コア１の内径は、例えば一機種では１０７０ｍｍ程度の大きさがあり、作業者がその内部に入り込んで作業をするスペースは確保できるものである。ここで、固定子コア１の内径の上方部に位置するスロット部２に半導電性塗料を塗布する場合など液ダレする位置では、塗布位置の下方部に位置する固定子コア１の内径側をビニールシート等で適宜養生して作業することで、不要な箇所への塗料付着を防止することができる。また、塗布する半導電性塗料は有機溶剤であるため、作業者の皮膚等
に付着しないように保護具の着用し、換気を良くして作業を行うものとする。

上記の塗料塗布装置１３を使用することで、コアダクト１０の空間からノズル１１を介して固定子コイル（上口コイル３、下口コイル４）に対して半導電性塗料１４を塗布することが可能であるため、スロット部２から固定子コイルを引き抜く分解作業を伴うことなく、固定子コイル表面の半導電性塗料消失部を補修することができる。
また、動力としてエアーの圧力を使用し、半導電性塗料１４を勢いよく噴出することにより、半導電性塗料１４が固定子コア１と固定子コイル間の微小な隙間に侵入して、図４に示す幅ｗ３の領域に広がっていく効果が期待できるため、コアダクト１０に表出する固定子コイル表面だけでなく、固定子コア１と接する固定子コイル側面についても、ある程度の補修が可能である。

なお、ノズル１１は、１本の円筒状である場合を示したが、ダクトピースを挟んで、二つのコアダクトが隣接するため、所定間隔を空けて平行に突き出した２本のノズルを用いることで複数ヶ所の塗布を一度に行うことも可能となることは言うまでもない。
また、塗料噴射装置１３を用いる以外に、ノズル１１を取り付けたスプレー缶、またはボンベ等、携帯可能な塗料噴射装置を用る場合、固定子コア１の内径に装置を持ち込んでの塗料塗布作業が可能である。

ここで、コアダクト１０は、固定子コア１に設けられる多数のダクトピース９の両サイドに配置されているため、１機の発電機内に多数箇所設けられている。その１箇所毎に半導電性塗料塗布による補修作業を行うため、補修に用いる半導電性塗料に着色を施し、所定の色としておくことで、固定子コイル表面に既に形成されている被膜と、今回の補修によって新たに塗布して形成された被膜とを色によって識別するようにすることで、補修済みの箇所と未補修の箇所との区別ができ、全てのコアダクトに塗料を塗布する際に、塗布しわすれた箇所を目視で確認でき、漏れなく補修作業を行うことが容易となる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、塗料噴射装置１３の操作を容易化するために、図６に示すように、塗料の噴出状態を操作するための手動コックを設けた場合について説明する。ノズル１１の付け根部分となるノズル側ホース１９との接続部近傍に、ノズル側手動コック１４を取り付け、塗料噴射装置１３の入り切りを操作し、また、エアーホース１８端（ポンプ１７側）にエアー側手動コック１７を取り付けることにより、半導電性塗料１４の塗布圧力の調節が可能である。作業者の手元で装置の入り切りを操作できることで、多数箇所のコアダクト１０へのノズル１１挿入と塗料塗布とを繰り返し行う上で、効率良く作業を進めることが可能となる。なお、エアー側手動コック１７に相当する機能をノズル１１側に近い配置とすれば、作業者による操作をより効率化させることができる。

塗布圧力が弱すぎる場合、半導電性塗料２１は噴出口１２から垂れ流れるのみであり、塗布圧力が強すぎる場合、半導電性塗料２１は霧状に噴射され飛び散りがあり、前者、後者とも固定子コイルの補修作業には適さない。したがって、半導電性塗料２１が噴射口１２からシャワー状に噴出されるように、塗布圧力を調節しておく必要がある。適当な塗布圧力は、０．２〜０．４ＭＰａ程度である。

実施の形態３．
図７は実施の形態２において示した手動コック２０、２１に加え、タンク１５内の半導電性塗料１４を攪拌させる攪拌器２２を組み込んで構成した塗料噴射装置１３の構成を示す該略図である。タンク２０を攪拌器２２に設置することで、タンク１５内の半導電性塗料１４を攪拌するため、補修作業時に半導電性塗料１４内の固形物の沈殿を防止し、成分を均一化させることができる。
図７の例では、タンク１５自体を回転させて塗料を攪拌することを示しているが、タンク１５内に、攪拌器を入れてタンク１５内の塗料を攪拌させることもでき、図示以外の構成によって塗料を攪拌させることも可能である。

実施の形態４．
上記に示したような補修技術で、タンク１５内であらかじめ溶剤で薄めて均一に粘度調節した半導電性塗料１４を使用することで、ノズル１１の噴射口１２から半導電性塗料１４をシャワー状に噴出させることが可能であり、本発明を実施する際の塗料噴射状態として望ましい。シャワー状に噴き出す半導電性塗料１４の粘度としては、３００〜６００ｍＰａ・ｓ程度が適当である。

１固定子コア
２固定子コアスロット部（スロット部）
３上口コイル（固定子コイル）
４下口コイル（固定子コイル）
５半導電性ライナー
６中間ライナー
７絶縁ライナー
８ウェッジ
９ダクトピース
１０コアダクト
１１ノズル
１２噴射口
１３塗料塗布装置
１４半導電性塗料
１５タンク
１６タンク側ホース
１７ポンプ
１８エアーホース
１９ノズル側ホース
２０ノズル側手動コック
２１ポンプ側手動コック
２２攪拌器。

Claims

回転電機の固定子コアに設けられた通風路に、円筒形状で側面部に半導電性塗料を噴射する複数の噴射口が設けられたノズルを挿入し、上記ノズルの周方向に所定間隔を空けて、また、円筒形の高さ方向に等間隔に並べられて開口された上記ノズルの複数の上記噴射口から、上記固定子コアの固定子コイルが納められたスロット部側の、上記通風路の角部近傍に向かって上記半導電性塗料を噴射し、上記通風路に表出する上記固定子コイルの表面に、半導電性被膜を形成する工程を含むことを特徴とする固定子コイル表面被膜形成方法。
上記ノズルから噴射される上記半導電性塗料の噴出状態を、上記ノズルに取り付けられた手動コックによって調節することを特徴とする請求項１記載の固定子コイル表面被膜形成方法。
上記ノズルに供給される上記半導電性塗料は、上記ノズルに繋がるタンク内において成分が均一となるように攪拌されることを特徴とする請求項１記載の固定子コイル表面被膜形成方法。
上記ノズルから噴射される上記半導電性塗料は、上記ノズルの先端部に設けられた噴出口からシャワー状に吹き出る粘度となるように、上記ノズルに繋がるタンク内において粘度調整されることを特徴とする請求項１記載の固定子コイル表面被膜形成方法。
請求項１記載の固定子コイル表面被膜形成方法を実施するための塗料噴射装置であって、半導電性塗料を噴射するための複数の噴射口が先端部に開口されたノズル、上記ノズルに供給する上記半導電性塗料を貯蔵するタンク、上記タンク内に一端が配置されるとともに他端が上記ノズルに接続され上記タンク内の上記半導電性塗料を上記ノズル側に輸送するためのホース、上記タンクから上記半導電性塗料を汲み上げるためのエアーポンプ、上記ノズルと上記ホースとの接続部近傍に配置され上記半導電性塗料の噴出状態を調節するための手動コックを備え、上記ノズルの先端部は、回転電機の固定子コア内の固定子コイルが表出する通風路に挿入可能な形状であり、円筒形状である上記ノズルの側面部に、上記ノズルの周方向に所定間隔を空けて、また、円筒形の高さ方向に等間隔に並べられて開口された上記ノズルの複数の上記噴射口から、上記通風路の上記固定子コイルが納められたスロット部側の角部近傍に向かって上記半導電性塗料を噴射することを特徴とする塗料噴射装置。
上記タンク内に貯蔵される上記半導電性塗料を攪拌するための攪拌器を備えたことを特徴とする請求項５記載の塗料噴射装置。