JP5899370B2 - 回転機向け絶縁材 - Google Patents

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Description

本出願は、発電機、電動機、変圧器、遮断機、変換器などの回転機向け絶縁材に関する。
変圧器、発電機、遮断器、変換器などの高電圧製品に関しては効率向上のため機器の小型化が重要になりつつある。しかし、小型化による高電界化に伴い、電気的な破壊と熱劣化による破壊が発生する。
このため、電気的な破壊と熱劣化的な破壊が起きやすくなるため、機器の小型化が困難な状況である。このため、絶縁樹脂としては、電気的破壊と熱劣化破壊の向上が要望されている。これを目的に特に回転機器絶縁の特許文献１では、マイカベースの注形レジン/無水物の混合物とSiO2(酸化シリコン)とAl2O3(アルミナ)で構成されたナノ粒子が添加された樹脂による回転電機の絶縁体性向上化が提案されている。
これにより、マイカ＆エポキシ樹脂の絶縁材の電気的な破壊を回避する事が可能である。
DE102010032555(独、2006) INSULATION FOR ROTATING ELECTRICAL MACHINES縁
本公知例で記載されている方法マイカ＆エポキシ樹脂の絶縁材の熱劣化と電気的な破壊を回避する事が困難であり、回転電機の小形・高密度化が容易ではない。
上記課題を解決するため、回転機向け固定子向け絶縁にて、導線の外側に配置しているマイカの外面に高熱伝導材を配置させ、その外側にナノシリカ又はナノアルミナで構成されたナノ粒子を添加した樹脂を配置する。さらには、前記ナノ粒子は前記高熱伝導材と同一構造とする。これに加え上記において、前記高熱伝導材をBN（ボロンナイトライド）とする。さらには、前記ナノ粒子は高熱伝導材（ＢＮ）と同一の六員環構造とする。これに加え、前記樹脂にシランカップリン材若しくは高分散ポリマとする。さらには、前記ナノ粒子の径を100nm以下とする。これに加え前記マイカと前記ＢＮをテープとするさらには、前記樹脂を注型で製造する。これに加え、前記高熱伝導樹脂、マイカ、樹脂をプリプレグで製造する。さらには前記高熱伝導樹脂、マイカ、樹脂を射出成型で製造する。これに加え、樹脂内のナノ粒子を攪拌装置で分散させる。
回転機向け固定子向け絶縁にて、導線の外側に配置しているマイカの外面に高熱伝導材を配置させ、その外側にナノシリカ又はナノアルミナで構成されたナノ粒子を添加した樹脂を配置することで、絶縁材の熱劣化と電気的な絶縁破壊を抑止できる。さらには、前記ナノ粒子は前記高熱伝導材と同一構造とすることで、高熱伝導材とナノ粒子の剥離を抑性できる。これに加え上記において、前記高熱伝導材としてBN（ボロンナイトライド）とすることで、熱伝導性を向上出来る。さらには、前記ナノ粒子は高熱伝導材（ＢＮ）と同一の六員環構造とすることで、前記高熱伝導樹脂とナノ粒子の密着性を向上出来る。これに加え、前記樹脂にシランカップリン材若しくは高分散ポリマとすることで、ナノ粒子の凝集を抑止出来る。さらには、前記ナノ粒子の径を100nm以下とすることで、絶縁破壊をさらに抑制出来る。これに加え前記マイカと前記ＢＮをテープとするさらには、前記樹脂を注型で製造することで、注型に対応した製造が出来る。これに加え、前記高熱伝導樹脂、マイカ、樹脂をプリプレグで製造することで、プリプレグに対応した製造が出来る。さらには前記高熱伝導樹脂、マイカ、樹脂を射出成型で製造することで、射出成型に対応した製造が出来る。これに加え、樹脂内のナノ粒子を攪拌装置で分散させる
本発明の実施例1〜2を説明するための構成図。 本発明の実施例1〜2を説明するための構成図。 本発明の実施例1〜2を説明するための模式図。 本発明の実施例1〜2を説明するための模式図。 本発明の実施例1〜2を説明するための模式図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。 本発明の実施例1〜2を説明するための特性図。
以下、本発明の第１の実施例を、図１〜5、８〜10を用いて説明する。
まず、図８の攪拌装置81により、分散剤87として、シランカップリング82、ナノ粒子85としてナノシリカ83を添加したエポキシ樹脂原料84を撹拌装置81で撹拌し、低粘性化したエポキシ樹脂原料84と、そのエポキシ樹脂原料84内に良く分散したナノシリカ83とシランカップリング82の混合物87をポリ容器内89に蓄える。ナノシリカ83は図４の様にO(酸素)42、Si(シリコン)41から成る。
続いて図９内の回転電機91内の固定子92内の、図１、図２のコイル導線11に巻かれたマイカテープ12の外面に、高熱伝導材のＢＮ(窒化ホウ素)テープ13を、図10の巻き線機101により巻きつける。
この高熱伝導材BN(窒化ホウ素)テープ13内のBN(窒化ホウ素)33は図３の様にＢ(ホウ素)31とＮ(窒素)32が６員環構造を有するときが最も安定である。
ここで、図４の様にBN(窒化ホウ素)33と同じ６員環構造を持つナノシリカ83が含まれている混合物87を、図２の固定子コイル21のBNテープ13上に注型し、注型後、混合物87の温度を上昇させ硬化させる。このときの硬化材料(混合物87が硬化した材料)14の試験片17 を切りだす。この試験片17の断面ＳＥＭ像43を図４に示す。このとき、図５の様にBN(窒化ホウ素)33内のＢ(ボロン)31、Ｎ(窒素)32と、ナノシリカ83内のO(酸素)42、Si(シリコン)41の間は、水素結合で強く結合し、BN(窒化ホウ素)33上のナノシリカ83の剥離を抑止する。このように高熱伝導材BN(窒化ホウ素)テープ13上のナノシリカ83の剥離の抑制により、図2の様に硬化材料14のトリー進展22を抑え、トリー進展速度を小さく出来る。これにより、樹脂の樹脂課電絶縁寿命を向上出来る。さらに、高熱伝導材BN(窒化ホウ素)テープ13を巻いているため、硬化材料14の熱伝導性が向上し、熱による破壊が抑性される。本実施例により、回転機器の固定子コイルのマイカ＆エポキシ樹脂の絶縁材の熱劣化と電気的な破壊を抑性でき、回転電機91の小形化を図れる。
この方法は発電機53、電動機57、変圧器58、変換機59にも適用可能である。
以下、本発明の第２の実施例を、図１〜12を用いて説明する。
まず、図８の攪拌装置81により、分散剤87として、高分散剤89、ナノ粒子85としてナノマイカ88を添加したエポキシ樹脂原料84を撹拌装置81で撹拌し、低粘性化したエポキシ樹脂原料84と、そのエポキシ樹脂原料84内に良く分散したナノシリカ83とシランカップリング82の混合物87をポリ容器内89に蓄える。ナノマイカ88はナノシリカ83とナノアルミナ63の積層・混合材と考えられる。
ナノシリカの部分はO(酸素)42、Si(シリコン)41で構成され、ナノアルミナの部分に関しては図６の様にO(酸素)42、Al(アルミ)61で構成される。
続いて図９内の回転電機91内の固定子92内の、図１、図２のコイル導線11に巻かれたマイカテープ12の外面に、高熱伝導材のＢＮ(窒化ホウ素)テープ13を、図10の巻き線機101により巻きつける。
この高熱伝導材BN(窒化ホウ素)テープ13内のBN(窒化ホウ素)33は図３の様にＢ(ホウ素)31とＮ(窒素)32が６員環構造を有するときが最も安定である。
ここで、BN(窒化ホウ素)33と同じ６員環構造を持つナノマイカ83が含まれている混合物87を、図２の固定子コイル21のBNテープ13上に注型し、注型後、混合物87の温度を上昇させ硬化させる。このときの硬化材料(混合物87が硬化した材料)14の試験片17 を切りだす。この試験片17の断面ＳＥＭ像43を図４、６に示す。このとき、図５の様にBN(窒化ホウ素)33内のＢ(ボロン)31、Ｎ(窒素)32と、ナノシリカ83内のO(酸素)42、Si(シリコン)41の間は、水素結合で強く結合し、BN(窒化ホウ素)33上のナノシリカ83の剥離を抑止する。また、図７の様にBN(窒化ホウ素)33内のＢ(ボロン)31、Ｎ(窒素)32と、ナノアルミナ63内のO(酸素)41、Al(アルミ)61の間は、水素結合で強く結合し、BN(窒化ホウ素)33上のナノアルミナ63の剥離を抑止する。
このように高熱伝導材BN(窒化ホウ素)テープ13上のナノマイカ83の剥離の抑制により、図2の様に硬化材料14のトリー進展22を抑え、トリー進展速度を小さく出来る。これにより、樹脂の樹脂課電絶縁寿命を向上出来る。さらに、高熱伝導材BN(窒化ホウ素)テープ13を巻いているため、硬化材料14の熱伝導性が向上し、熱による破壊が抑性される。本実施例により、回転機器の固定子コイルのマイカ＆エポキシ樹脂の絶縁材の熱劣化と電気的な破壊を抑性でき、回転電機91の小形化を図れる。
また、図11〜12から分かる様にナノマイカの絶縁課電寿命15はナノシリカに比べ大きく、実施例１に比べ、高信頼化を図れる。
この方法は発電機53、電動機57、変圧器58、変換機59にも適用可能である。
11:コイル導線
12:マイカテープ
13: ＢＮ(窒化ホウ素)テープ
14: 硬化材料
15: 絶縁課電寿命
21: 固定子コイル
22: トリー進展
31: Ｂ(ボロン)
32: Ｎ(窒素)
33: BN(窒化ホウ素)
41: Si(シリコン)
42: O(酸素)
43：断面SEM像
44：六員環構造
53：発電機
57：電動機
58：変圧器
59：変換機
61：Al(アルミ)
63:ナノアルミナ
81: 攪拌装置
82： シランカップリング
83： ナノシリカ
84： エポキシ樹脂原料
85： ナノ粒子
86: 混合物
87: 分散剤
88: 高分散剤
89： ポリ容器
91: 回転電機
92: 固定子
101:巻き線機

Claims (2)

  1. 回転機向け固定子向け絶縁において、導線の外側にＢＮ（窒化ホウ素）を配置させ、その外側にナノシリカ又はナノアルミナで構成されたナノ粒子を添加した樹脂を配置することを特徴とする回転機向け絶縁材。
  2. 請求項1に記載の回転機向け固定子向け絶縁において、前記ナノ粒子はＢＮ（窒化ホウ素）と同一の六員環構造を有することを特徴とする回転機向け絶縁材。
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