JP7074659B2 - 回転電機のコイルの補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のコイルの補修方法に関する。

回転電機を構成するコイル（巻線）は、導体と、導体の表面に設けられた絶縁層からなる。この絶縁層は、回転電機の長期運転により劣化、絶縁性能が低下する恐れがあると共に運転時の地絡事故により損傷する恐れがある。そこで、劣化あるいは損傷した絶縁層を補修する技術が開発されている。

従来の絶縁層を補修する方法として、以下の特許文献１および特許文献２がある。特許文献１には、導体の周囲を絶縁テープで覆い、絶縁テープにワニスを含浸させて絶縁層を形成した直流電動機の巻線の絶縁性回復方法において、絶縁層表面に、水で希釈したアルコール濃度７５～９０質量％のアルコールを噴霧し、所定の条件を満たす場合に、絶縁層が内部絶縁劣化を起こしていると判断し、電気機巻線を含浸タンク内でワニスに浸漬させ、含浸タンクを真空にして絶縁層に生成したボイドを脱気する真空脱泡処理と、真空脱泡処理を行った後に、含浸タンクを加圧して絶縁層にワニスを再含浸させる加圧含浸処理と、加圧含浸処理を行った後に、含浸タンクを放圧し、電気機器巻線を加熱して乾燥させる加熱乾燥処理とからなるワニス再含浸処理を行うことを特徴とする直流電動機の巻線の絶縁性回復方法が開示されている。

特許文献２には、回転子鉄心の外周部に、軸方向に連続し、かつ、周方向に所定の間隔を持ってスロットが複数形成され、該各スロットに回転子バーを収納すると共に、該回転子バーの端部が短絡環により電気的に接合され、回転子バーとスロット間にワニスが充填されて両者が固定されてなる回転電機の回転子であって、経年使用された回転子を加熱処理して前回含浸されたワニスを除去し、しかる後に新たなワニスを再含浸して回転子バーとスロット間に充填することを特徴とする回転電機の回転子再生方法が開示されている。

特開２０１１－１２０３９７号公報 特開２００３－３１９６１７号公報

上述した特許文献１および特許文献２は、巻線全体にワニスを含浸する処理を行うため、ワニスを充填したタンクが必要となり、設備が大掛かりとなる。特許文献１は巻線にワニスを真空含浸しており、タンクを真空にすることが出来る設備が必要となる。また、絶縁層の寸法の精度は絶縁特性に影響するものであり、かつ、コイルを元の位置に収納するために、精度を確保する必要がある。寸法精度を確保するためには含浸処理の条件を十分に検討しなければならず、製造時間およびコストがかさむことが懸念される。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な設備で実施することができ、かつ、寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保することができる回転電機のコイルの補修方法を提供する。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、回転電機に配置される導体と、導体の表面に設けられた所定の絶縁厚みを有する絶縁層とを含むコイルの補修方法において、補修対象とするコイルを取り出す工程と、コイルの補修対象とする部分の絶縁層を除去する絶縁層除去工程と、絶縁層除去工程にて絶縁層を除去した部分に、上記所定の絶縁厚みよりも絶縁厚みが薄い第１の絶縁層を設ける第１の絶縁層形成工程と、第１の絶縁層の表面に第２の絶縁層を設け、第１の絶縁層および第２の絶縁層を合わせた補修後の絶縁層の厚さが、上記所定の絶縁厚みとなるようにする第２の絶縁層形成工程とを有し、絶縁層除去工程にて絶縁層を除去した部分を、コイルの長手方向に少なくとも２つの領域に分割し、該領域のうちの１つに第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施した後に、上記領域のうちの他の領域に第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施することを特徴とする回転電機のコイルの補修方法である。

本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。

本発明によれば、簡単な設備で実施することができ、かつ、寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保することができる回転電機のコイルの補修方法を提供することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明が適用される回転電機の一例を示す模式図 本発明の回転電機のコイルの補修方法の一例を示すフロー図 絶縁層成型時の構成の一例を示す断面図 絶縁層成型時の構成の他の一例を示す断面図 補修対象とする部分を少なくとも２つの領域に分けて第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施する態様を示す長手方向断面図 補修後の絶縁層の端部がテーパー形状を有する態様を示す長手方向断面図 第１の絶縁層の表面にスペーサーを設ける態様を示す長手方向断面図 図７のＢ－Ｂ線断面図 第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施していない領域にスペーサーを設置する態様を示す長手方向断面図 図９のＣ－Ｃ線断面図

コイルの絶縁層を形成する方法は、一般に、以下の３種類がある。すなわち、（１）単独レジン含浸絶縁：コイル絶縁作業時に、樹脂なしの絶縁テープで導体にテーピングを行い、その後樹脂を真空加圧含浸する工程を経た上で、加熱・加圧成型し絶縁層を形成する方法、（２）塗り込み絶縁：コイル絶縁作業時に、樹脂なしの絶縁テープで導体にテーピングを行いつつ、絶縁テープに樹脂を塗り込みながら絶縁層を形成する方法および（３）レジンリッチ絶縁：コイル絶縁作業時に半硬化状態の樹脂が含浸された絶縁テープでテーピングを行い、その後加熱・加圧成型し絶縁層を形成する方法の３種類である。

上記（１）の方法は、樹脂を真空加圧含浸する設備が必要となる。また、上記方法（２）は、寸法精度および絶縁性能の信頼性を向上することが難しい。そこで、以下の実施形態では上記方法（３）を採用し、簡単な設備で寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保した絶縁層を得ることを実現した。以下、図面を用いながら、本発明について詳細に説明する。

図１は本発明が適用される回転電機の一例を示す模式図である。図１に示すように、回転電機２０は、回転子２１と固定子２２を含む。固定子２２は、固定子鉄心２３と、固定子鉄心２３に設けられた固定子スロット（図示せず）および固定子スロットに収納された固定子コイル２４を有する。本実施形態では、この固定子コイル２４を補修対象コイルとして取り出し、その一部（補修対象部）を補修する方法について説明する。なお、補修対象とするのは、固定子コイルに限られず、回転子コイルその他の絶縁層を有するコイルを補修対象とすることができる。

図２は本発明の回転電機のコイルの補修方法の一例を示すフロー図である。図２に示すように、固定子コイル２４は、導体２と、導体２の表面に設けられた絶縁層１を有する。まず始めに、絶縁層１の補修対象領域（損傷または劣化を含む箇所）２５を特定し（図２（ａ））、補修対象領域２５の絶縁層（除去対象の絶縁層）３を除去する（絶縁層除去工程：図２（ｂ））。このとき、コイルの厚さ方向において絶縁層１を全て除去するのではなく、絶縁層１の半分以下、かつ、少なくとも最内層の絶縁を残しておくことが好ましい。補修対象領域２５の絶縁層１を全て除去しようとすると、導体２の被覆絶縁を損傷する恐れがあるためである。絶縁層１の除去方法に特に限定は無く、例えば刃物で切り込みを入れて絶縁層１を物理的に剥がすか、絶縁層１を溶かすことができる溶媒用いて化学的に除去することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、絶縁層の一部を除去した絶縁層４の表面に、もとの絶縁層１の絶縁厚みよりも薄い絶縁厚みの絶縁層５（第１の絶縁層）を設ける（第１の絶縁層形成工程（仮締め工程））。第１の絶縁層５は、例えば絶縁テープ（マイカテープ等）を、絶縁層１を形成する時よりも少ない巻回数で導体２の周方向に沿って巻き回してテーピングすることで作製することができる。成型方法は、追って説明する。

次に、第１の絶縁層５の表面に第２の絶縁層６を設け、絶縁層１の一部を除去した絶縁層４、第１の絶縁層５および第２の絶縁層６を設けた後の補修対象領域２５の絶縁層３０の絶縁厚みが、絶縁層１と同じ絶縁厚みになるように成型する（図２（ｄ））。第２の絶縁層６は、第１の絶縁層５と同様に、絶縁層３０の絶縁厚み以上になるような巻回数で第１の絶縁層５の表面にテーピングすることで作製することができる。なお、補修後の絶縁層３０の絶縁厚みは、絶縁層１の絶縁厚みと完全に一致していなくてもよく、製作上許容される範囲で多少差があってもよい。

最後に、図２には示さないが、補修が完了した固定子コイル２４を固定子に再度組み込むことで、補修作業が完了する。

図３は絶縁層成型時の構成の一例を示す横断面図であり、図４は絶縁層成型時の構成の他の一例を示す横断面図である。図３および図４は、図２（ｄ）の成型時のＡ－Ａ線断面図を示している。図３に示すように、第２の絶縁層６の成型は、第２の絶縁層６を幅方向に押さえる芯金７と、第２の絶縁層６を厚さ方向に押さえる鉄板８を設け、芯金７および鉄板８をクランプ９で押さえ、加圧して行うことができる。このような方法によって、成型時の寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保することができる。

図４に示すように、第２の絶縁層６の形成の際に、補修対象領域２５を断熱材１０で覆い、熱風を送り込んで加熱を行い、加熱・加圧成型とすることで、より寸法精度および絶縁性能の信頼性向上を図ることができる（簡易恒温炉による成型）。この時の加熱温度は、絶縁層を構成する樹脂の硬化温度とする。また、補修対象領域２５の周辺箇所または固定子コイル端部を断熱材１０で覆うことによって、加熱対象となる補修対象領域２５以外の部分からの放熱や、必要以上の加熱を防ぎ、補修対象領域２５の昇温および保温の効率を高めることができる。

第１の絶縁層５の成型（仮締め）の際にも、補修対象領域２５を常温以上かつ上記よりも低い温度で成型することで、より寸法精度および絶縁性能の信頼性の確保を図ることができる。この時の温度は、絶縁層を構成する樹脂の硬化温度よりも低い温度とする。すなわち、室温以上で、第２の絶縁層６の成型工程よりも低い温度で行うことが好ましい。

図５は補修対象とする部分を少なくとも２つの領域に分けて第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施する態様を示す長手方向断面図である。図５に示すように、絶縁層除去工程にて絶縁層を除去した部分を、コイルの長手方向に少なくとも２つの領域に分割し、この領域のうちの１つ（図５では領域Ｐ）に第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施した後に、絶縁層を除去した部分のうちのＰ領域以外の他の領域に第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施することが好ましい。このように、絶縁層を除去した部分を２回以上に分けて（絶縁層の補修を一定範囲に分けて、それぞれの範囲ごとに）補修を行うことが好ましい。補修対象領域が広範囲である場合、一度に成型しようとすると成型しきれない部分が出てくる恐れがあるが、上述したように成型することで、レジンリッチ絶縁方式の絶縁層であっても寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保することができる。このとき、領域Ｐのコイル長手方向の長さは、２０００ｍｍ以下であることが好ましい。Ｐが２０００ｍｍを超えると、絶縁層の寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保することが難しくなる。

図６は補修後の絶縁層の端部がテーパー形状を有する態様を示す長手方向断面図である。図６に示すように、補修後の絶縁層の端部が、コイルの長手方向断面を見た時に、テーパー形状を有することが好ましい。絶縁層の端部をこのような形状とすることで、絶縁層同士を繋ぐ部分の絶縁性能の信頼性を確保することができる。テーパー形状の傾斜部分におけるコイルの長手方向の長さをＬとし、補修後の絶縁層の絶縁厚みをＴとした時に、Ｌ≧Ｔ×３を満たすことが好ましい。このようにすることで、絶縁層の絶縁性能の信頼性を確保することができる。図２に示すように、絶縁層１を除去する際にも、除去部分の両端部の絶縁層１の端部がテーパー形状を有していることが好ましい。

このような絶縁層の端部の形状は、例えばテープを巻き回した後に、絶縁層の端部を刃物で切断して作製することができる。

図７は第１の絶縁層の表面にスペーサーを設ける態様を示す長手方向断面図であり、図８は図７のＢ－Ｂ線断面図である。図７および図８に示すように、第１の絶縁層の成型の際に、第１の絶縁層５の表面にスペーサー１１を設置して加圧することが好ましい。このようにすることで、第１の絶縁層５の成型時の作業性および寸法精度、絶縁性能の信頼性を確保することができる。

図９は第１の絶縁層形成工程および第２の絶縁層形成工程を実施していない領域にスペーサーを設置する態様を示す長手方向断面図であり、図１０は図９のＣ－Ｃ線断面図である。図９および図１０に示すように、絶縁層を設けていない未処理領域に、成型後の絶縁層の厚みに相当するスペーサーを設置することで、第１の絶縁層５および第２の絶縁層６の成型時の作業性および寸法精度、絶縁性能の信頼性を確保することができる。

上述した本実施形態の構成によれば、コイルの部分補修が可能であるため、樹脂を含浸するタンクを必要とせず、回転電機が設置されている現地において、大きな設備を用意することなく速やかに補修作業を行うことができる。

また、レジンリッチ絶縁方式の絶縁層であり、補修範囲が広い場合でも寸法精度および絶縁性能の信頼性を確保することができる。

なお、補修前の絶縁層の絶縁方式は、レジンリッチ絶縁方式に限られず、単独注入絶縁および塗り込み絶縁のいずれの方式の絶縁層にも本発明を適用することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…絶縁層、２…導体、３…除去対象の絶縁層、４…補修前の絶縁層の一部を除去した絶縁層、５…第１の絶縁層、６…第２の絶縁層、７…芯金、８…鉄板、９…クランプ、１０…断熱材、１１，１２…スペーサー、２０…回転電機、２１…回転子、２２…固定子、２３…固定子鉄心、２４…固定子コイル、２５…コイルの補修対象領域、３０…補修後の絶縁層。

Claims (9)

1. 回転電機に配置される導体と、前記導体の表面に設けられた所定の絶縁厚みを有する絶縁層とを含むコイルの補修方法において、
   補修対象とする前記コイルを取り出す工程と、
   前記コイルの補修対象とする部分の前記絶縁層を除去する絶縁層除去工程と、
   前記絶縁層除去工程にて前記絶縁層を除去した部分に、前記所定の絶縁厚みよりも絶縁厚みが薄い第１の絶縁層を設ける第１の絶縁層形成工程と、
   前記第１の絶縁層の表面に第２の絶縁層を設け、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を合わせた補修後の絶縁層の厚さが、前記所定の絶縁厚みとなるようにする第２の絶縁層形成工程とを有し、
   前記絶縁層除去工程にて前記絶縁層を除去した部分を、前記コイルの長手方向に少なくとも２つの領域に分割し、
   前記領域のうちの１つに前記第１の絶縁層形成工程および前記第２の絶縁層形成工程を実施した後に、前記領域のうちの他の領域に前記第１の絶縁層形成工程および前記第２の絶縁層形成工程を実施することを特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
2. 請求項１に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記領域の前記コイルの長手方向の長さが２０００ｍｍ以下であること特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
3. 請求項１に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記領域のうち、前記第１の絶縁層形成工程および前記第２の絶縁層形成工程を実施しようとする領域の隣の領域であって、前記第１の絶縁層形成工程および前記第２の絶縁層形成工程を実施していない領域にスペーサーを設置することを特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記第１の絶縁層の厚さは、前記所定の絶縁厚みの１／３以上２／３以下であること特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記補修後の絶縁層の端部が、前記コイルの長手方向断面を見た時に、テーパー形状を有すること特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   それぞれの前記領域に設けた前記補修後の絶縁層の端部が、前記コイルの長手方向断面を見た時に、テーパー形状を有すること特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
7. 請求項５または６に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記テーパー形状の傾斜部分における前記コイルの長手方向の長さをＬとし、前記補修後の絶縁層の絶縁厚みをＴとした時に、Ｌ≧Ｔ×３を満たすことを特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
8. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記第１の絶縁層形成工程および前記第２の絶縁層形成工程は、絶縁テープを前記導体の周方向に沿って巻き回し、前記絶縁テープの表面を押さえ部材で加圧して成型することを特徴とする回転電機のコイルの補修方法。
9. 請求項８に記載の回転電機のコイルの補修方法において、
   前記加圧の際に、前記補修対象とする部分を断熱材で覆い、前記コイルと前記断熱材との間に熱風を流して加熱することを特徴とする回転電機のコイルの補修方法。

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