JP7292525B2 - 回転機コイルと回転電機、および回転機コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本願は、回転機コイルと回転電機、および回転機コイルの製造方法に関するものである。

タービン発電機などに用いられる大型の回転電機では、巻回された導線を束ねた導体部の周囲に絶縁部が巻かれた回転機コイルが、固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に収納される。絶縁部は、マイカシートにガラスクロスなどの繊維補強材を貼り合わせたマイカテープに熱硬化樹脂を含侵させて形成されたものが一般的に用いられている。

このような回転電機においては、運転時にコイル内を流れる電流によって、導体部から発熱する。そのため、導体部を囲む絶縁部は、銅などの金属で構成された導体部の熱膨張による機械的ストレス、あるいは樹脂成分の熱劣化などによって、経時的にその耐電圧性が低下する可能性がある。近年、回転電機の更なる小型化・高効率化の要求が強まり、絶縁部に印加される電界が増大するため、耐電圧性の高い絶縁部を有する回転電機の回転機コイルが望まれている。

そこで、絶縁部内に分散させたナノ粒子により、方向を変えながら局部破壊を進展させることで、進展を遅らせるようにした絶縁構造が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開ＷＯ２０１８／００２９７２号（段落００２９～００６１、図３～図１１）

しかしながら、単純に分散させたナノ粒子は、小さな放電に対して進展方向を変えることにより、放電の進展を遅らせることはできても、大きな放電に対しての効果は低く、信頼性を向上させることは困難であった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、信頼性の高い回転機コイル、あるいは回転電機を得ることを目的としている。

本願に開示される回転機コイルは、回転電機の鉄心に巻装される回転機コイルであって、巻回により並んだ導線を束ねた導体部、およびマイカテープと空隙に充填された熱硬化樹脂とを有して前記導体部の外周を覆い、前記導体部と前記鉄心とを絶縁する外周絶縁体、を備え、前記外周絶縁体の中には、前記マイカテープを構成するガラスクロス繊維の軟化点よりも低い溶融点を有し、三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分で構成されている無機化合物粒子が分散配置されていることを特徴とする。

本願に開示される回転機コイルの製造方法は、巻装対象となる回転電機の鉄心に合わせて、導線を巻回する工程、前記巻回により並んだ導線を束ねた導体部にマイカテープを巻き付ける工程、前記マイカテープに液状の熱硬化性樹脂組成物を含侵させる工程、および前記含侵させた熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させ、前記導体部と前記鉄心とを絶縁する外周絶縁体を形成する工程、を含み、前記マイカテープを構成するガラスクロス繊維の軟化点よりも低い溶融点を有し、三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分で構成されている無機化合物粒子を、前記熱硬化性樹脂組成物を含侵させる前のマイカテープに担持させる工程、および前記熱硬化性樹脂組成物に前記無機化合物粒子を混入する工程のいずれかをさらに含むことを特徴とする。

本願に開示される回転機コイル、あるいは回転機コイルの製造方法によれば、部分放電が発生した際に、外周絶縁体内の無機化合物粒子がつながって防御層を形成するので、信頼性の高い回転機コイル、あるいは回転電機を得ることができる。

図１Ａと図１Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる回転機コイルの断面模式図と外周絶縁体のマイカテープ一層分の断面模式図である。 図２Ａと図２Ｂは、それぞれ実施の形態１にかかる回転機コイルの固定子内での収納状況を示す部分拡大図と、回転機コイルの導体部の断面模式図である。 図３Ａと図３Ｂは、実施の形態１にかかる回転機コイルの製造方法における、それぞれ異なる無機化合物粒子の配合方法を説明するための、マイカテープと熱硬性樹脂組成物の組成の組み合わせを示す断面模式図である。 実施の形態１にかかる回転機コイルの製造方法を示すフローチャートである。 図５Ａと図５Ｂは、それぞれ実施の形態２にかかる回転機コイルを用いた回転電機の軸に垂直な断面図と軸を含む断面図である。

実施の形態１．
図１～図４は、実施の形態１にかかる回転機コイルの構成、および回転機コイルの製造方法について説明するためのものであり、図１は回転機コイルの断面模式図（図１Ａ）と外周絶縁体におけるマイカテープ一層分の断面模式図（図１Ｂ）、図２は回転機コイルを固定子のスロット内での収納状況を示す部分拡大図（図２Ａ）と、回転機コイルの導体部の断面模式図（図２Ｂ）である。

図３は回転機コイルの製造方法における無機化合物粒子のそれぞれ異なる配合方法を説明するための、第一形態のマイカテープと熱硬化性樹脂組成物の組成の組み合わせ示す断面模式図（図３Ａ）と、第二形態のマイカテープと熱硬化性樹脂組成物の組成の組み合わせ示す断面模式図（図３Ｂ）である。そして、図４は回転機コイルの製造方法を示すフローチャートである。

以下、本願の実施の形態１にかかる回転機コイルの構成、および回転機コイルの製造方法について図面を参照しつつ説明する。実施の形態２で説明する回転電機１００（図５）において、固定子１０は、図２Ａに示すように、パターン成型された電磁鋼板１ｐを軸方向に積層して形成した固定子鉄心１に、回転機コイルの１種である固定子コイル２を組み合わせて構成される。

具体的には、筒状をなす固定子鉄心１の内周面側には、軸方向に沿って開口するスロット１ｓが周方向に分かれて複数形成され、各固定子コイル２は、往路と復路に分かれて、隣接する２つのスロット１ｓ内に収納されている。なお、図２Ａにおいては、スロット１ｓの内部に径方向（図中上下方向）で２段の固定子コイル２を収納させた状態を示している。この２段の固定子コイル２の間には図示しないスペーサーが挿入されており、スロット１ｓの開口端部（図中上側）には、固定子コイル２を固定するためのウェッジ１１が挿入されている。このウェッジ１１は、回転電機１００の運転時に固定子コイル２から発生する電磁振動を抑制する効果がある。

固定子コイル２を構成する導体部３は、図２Ｂに示すように、平角状の金属線３１を絶縁性の被覆材３２で覆った導線３ｕをコイル状に巻回したものを束ねたもので、その周囲を後程詳述する外周絶縁体４で覆うことで、固定子鉄心１との対地絶縁を形成している。

＜外周絶縁体＞
外周絶縁体４は、図１に示すように、マイカテープ６を導体部３の外周面に沿って複数層巻き付け、その空隙内に熱硬化樹脂５を含侵して形成したものである。図１Ａでは、マイカテープ６の１層分に相当する層４ｓを、導体部３の左下隅から巻き始め、計３層（巻き始めの左側の辺は４層）巻いて形成した状態を描画している。マイカテープ６は、図１Ｂに示すように、マイカ粒子６２が積層したマイカ層６ｓｍを図示しないバインダー等でガラスクロス層６ｓｇに貼り合わせて形成したものである。そして、外周絶縁体４における熱硬化樹脂５内、別の言い方をすれば、マイカ粒子６２とガラスクロス繊維６１とで形成される隙間内に、後述する無機化合物粒子７が分散配置されていることを特徴とする。

＜マイカテープ＞
マイカテープ６のマイカ層６ｓｍは層状ケイ酸縁鉱物である硬質マイカ、軟質マイカを主成分として含むもので、その形態としては、ブロックマイカ、はがしマイカ、集成マイカ等が挙げられる。この中でも、厚さが均一で、経済的利点のある集成マイカを用いることが好ましい。耐電圧性の観点から、マイカ層６ｓｍ内での面積当たりのマイカ粒子６２の含有率は６０～２００ｇ／ｍ^２の範囲に入ることが望ましい。６０ｇ／ｍ^２未満では、耐電圧性に劣り、課電劣化時の絶縁破壊時間が短くなり、２００ｇ／ｍ^２を超えると、電気絶縁性は優れるものの、マイカ層６ｓｍが厚肉化し、外周絶縁体４としての熱抵抗が増加するといった問題がある。

マイカ粒子６２はリン片状の形状であり、外周絶縁体４（マイカテープ６）の厚み方向に積層している。熱硬化樹脂５、あるいは無機化合物粒子７が入り込む空間は、積層する粒子同士が重なり合った部分、積層方向に粒子の形状、あるいは粒子の位置が違って、粒子同士がずれて配置し多様な部分に存在している。

さらに、ガラスクロス層６ｓｇには、テープとしての強度保持、外周絶縁体４としての機械的強度の向上、あるいは導体部３にマイカテープ６を巻き付けて、熱硬化樹脂５を含浸する際の含浸流路を形成するのに好適なガラスクロス繊維６１が用いられる。

＜熱硬化樹脂＞
熱硬化樹脂５を構成する熱硬化性樹脂としては、耐熱性、接着性、電気絶縁性、機械強度の観点からエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、イミド樹脂が好ましく、とくにその中でもエポキシ樹脂が望ましい。具体的なエポキシ樹脂としては骨格にエポキシ基を含むものである。

例えば、以下のようなものが挙げられ、これらは何種類かを併用してもよい。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、サリチルアルデヒドノボラック型エポキシ樹脂、その他二官能フェノール類のジグリシジルエーテル化物、二官能アルコール類のジグリシジルエーテル化物、およびそれらのハロゲン化物、水素添加物など。

またコスト、粘度、耐熱性のバランスからエピクロロヒドリンとビスフェノールＡ化合物との反応生成物が好ましい。その製品例としてはエピコート（登録商標）８２８、エピコート８２５（油化シェルエポキシ（株）製）、エポトート（登録商標）ＹＤ１２８（東都化成（株）製）、エピクロン（登録商標）８５０（大日本インキ化学工業（株）製）、スミエポキシ（登録商標）ＥＬＡ－１２８（住友化学工業（株）製）等が挙げられる。

また、機器の運転時の発熱に対応して、適時エポキシ樹脂に耐熱性を付与するため、エポキシ基を３つ以上含むエポキシ樹脂を単独、または上記のエポキシ樹脂と複合して用いることができ、例えば、以下のようなものが挙げられる。

レゾルシノールジグリシジルエーテル（１，３－ビス－（２，３－エポキシプロポキシ）ベンゼン）、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（２，２－ビス（ｐ－（２，３－エポキシプロポキシ）フェニル）プロパン）、トリグリシジルｐ－アミノフェノール（４－（２，３－エポキシプロポキシ）－Ｎ，Ｎ－ビス（２，３－エポキシプロピル）アニリン）、ブロモビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（２，２－ビス（４－（２，３－エポキシプロポキシ）３－ブロモ－フェニル）プロパン）、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル（２，２－ビス（ｐ－（２，３－エポキシプロポキシ）フェニル）メタン）、（メタ－／パラ－）アミノフェノールのトリグリシジルエーテル（３－（２，３－エポキシプロポキシ）Ｎ，Ｎ－ビス（２，３－エポキシプロピル）アニリン）、およびテトラグリシジルメチレンジアニリン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラ（２，３－エポキシプロピル）４，４’－ジアミノジフェニルメタン)、クレゾールノボラックエポキシ、フェノールノボラックエポキシ。

ただし、これらの樹脂は添加量に応じて耐熱性を高められるものの、一般的に粘度が高く、外周絶縁体４の形成工程での作業性の低下を招くため、添加量と耐熱性のバランスが要求される。この観点からはとくにフェノールノボラックエポキシ、またはクレゾールノボラックエポキシが良好である。

つぎに、上記熱硬化性樹脂のうち、とくに好適なエポキシ樹脂に対する硬化剤についての具体例を以下挙げる。硬化剤は、エポキシ樹脂と反応してエポキシ樹脂を硬化させることが可能なものであればとくに限定されないが、例えば以下の酸無水物、アミン系化合物、イミダゾール系化合物が挙げられる。

酸無水物であれば、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸などであり、これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。酸無水物は、常温（２５℃）で液体であることが好ましい。酸無水物が常温（２５℃）で液体であると、熱硬化性樹脂組成物５Ｌ（図３）としての粘度を低下させることができるため、熱硬化性樹脂組成物５Ｌの含浸性を向上させることができる。

酸無水物の配合量は、とくに限定されず、使用する酸無水物の種類などに応じて適宜調整すればよい。酸無水物の配合量は、ビスフェノール型エポキシ樹脂１００質量部に対して好ましくは１０質量部～１５０質量部、より好ましくは３０質量部～１２０質量部、さらに好ましくは５０質量部～１００質量部である。このような配合量であれば、熱硬化性樹脂組成物５Ｌの硬化を適切に行うことができる。

また、ビスフェノール型エポキシ樹脂のエポキシ基に対する酸無水物の酸無水物基の当量比は、とくに限定されないが、好ましくは０．７～１．３、より好ましくは０．８～１．２、さらに好ましくは０．９～１．１である。この当量比が０．３未満では、熱硬化性樹脂組成物５Ｌの粘度が高くなる傾向にある。その結果、熱硬化性樹脂組成物５Ｌの含浸性を確保するために、温度を高くする必要があるとともに、熱硬化性樹脂組成物５Ｌのポットライフが短くなる場合がある。一方、この当量比が１．３を超えると、硬化物の耐熱性などが低下する傾向にある。

＜無機化合物粒子＞
上述した構成を前提とし、本願の回転機コイル（固定子コイル２）の特徴である外周絶縁体４を構成する熱硬化樹脂５内に分散配置される無機化合物粒子７について説明する。この無機化合物粒子７は熱硬化樹脂５の熱分解温度Ｔｄよりも高く、ガラスクロス繊維６１の軟化点（例えば、７２０℃）よりも低いことが望ましい。これにより、部分放電による発熱による溶融が可能となる。また、溶融後に結晶化可能な、あるいは結晶化した絶縁性無機化合物であり、マイカテープ６の間隙に配置される。

なお、熱硬化樹脂５の熱分解温度Ｔｄとしては、様々な定義が考えられる。ここでは、窒素雰囲気中で昇温速度が９０Ｋ／ｍｉｎの条件で、熱重量分析（ＴＧＡ：Thermogravimetric analysis）を実施し、熱硬化樹脂５が１０ｍａｓｓ％の質量減少を示す温度（Ｔ_ｄ ^１０）で定義する。また、軟化点としては、例えば、ガラス繊維を５Ｋ／ｍｉｎで昇温した際の、自重での伸長速度が１ｍｍ／ｍｉｎとなる温度（ＩＳＯ ７８８４－６：１９８７（対応ＪＩＳ Ｒ ３１０３－１：２００１））として求められる。

無機化合物粒子７のもととなる無機化合物としては、例えば三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分、三酸化ビスマス－二酸化ケイ素－酸化亜鉛を含む複合成分、酸化亜鉛－二酸化ケイ素－三酸化ビスマスを含む複合成分、あるいは三酸化ビスマス－三酸化二ホウ素を含む複合成分（いずれも質量比率の高い順に記載）が挙げられる。このような無機化合物は、一般的なエポキシ樹脂の熱分解温度Ｔｄ（２５０～３５０℃）よりも高い４００℃以上に加熱することで溶融する（４００℃以上の溶融点を有する）ことを特徴とする。

例えば、上記の複合成分において三酸化ビスマスの質量比を２０ｍａｓｓ％以上に高めた場合、溶融点が低温化する傾向がある。溶融点は、常温から無機化合物を加熱したときに、無機化合物が自重で軟化変形する温度で、示差走査熱量計（ＤＳＣ：Differential scanning calorimetry）を用いて測定することができ、その第三変曲点を溶融点と定義する。

三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分からなる無機化合物の場合、その組成は、三酸化ビスマスを２０ｍａｓｓ％以上、９５ｍａｓｓ％以下の範囲で含むことがより望ましい。２０ｍａｓｓ％未満では、種々の添加物を加えた場合においても、溶融点が７００℃を超え、放電時の溶融作用が発現せず、後述する所望の耐電圧性の向上効果が得られない。また９５ｍａｓｓ％を超えた場合、無機化合物の絶縁性が低下し、外周絶縁体４としての体積抵抗が低下する。

このような、溶融温度範囲の無機化合物の粒子（無機化合物粒子７）を外周絶縁体４内に分散させた場合でも、絶縁破壊の前駆現象である部分放電が発生すると、部分放電の浸食（熱分解）により、熱硬化樹脂５中に微小孔（ピット）が生じる。しかし、その際、ピット周辺の無機化合物粒子７が溶融して、ピットの内表面に沿って変形し、近傍の無機化合物粒子７（の溶融体）と連結して、ピットの内表面を覆う無機化合物の層（セラミック層）を形成する。このため、ピット内に形成されたセラミックス層がピットまわりの熱硬化樹脂５の熱分解を抑制するとともに、防護層を形成し耐電圧性の向上を図ることができる。

ここで、上述した無機化合物粒子７の代わりに、例えば、先行文献で示されるナノフィラーを用いる場合、ナノフィラーは物理的なバリア効果により、微小な放電が繰り返し発生する低電圧領域において、絶縁寿命の向上効果が得られる。しかし、大きな放電により樹脂が短時間で侵食される場合においては、侵食された樹脂に充填されていたナノフィラーが放電進展の先端に徐々に堆積し、濃化することが必要なため、ナノフィラーによる効果発現まで、一定深さの侵食は避けられず、信頼性を保つことは困難であった。

しかし、本願のように部分放電に伴い溶融し、変形・結合する無機化合物粒子７を用いることで、低電圧領域はもちろんのこと、高電圧領域においても耐電圧性を発揮し、信頼性を保つことができる。

また、三酸化ビスマスを主成分とする無機化合物は比誘電率が５以上と、熱硬化樹脂５より高く、放電のキャリア電子を受容しやすくなる結果、熱硬化樹脂５への部分放電による熱破壊の進展を抑制できる作用がある。このような作用を発現するためには、無機化合物粒子７を構成する無機化合物の比誘電率は５以上、１２０以下であることが望ましい。

また、上述した無機化合物粒子７は、部分放電等により微小な放電により発生する熱により溶融した後、結晶化することができる。これにより高い絶縁性を有する無機化合物の結晶性のセラミック層がピットを囲むように形成され、熱硬化樹脂５の放電劣化による絶縁進展を抑制することができる。上記に挙げた複合成分からなる無機化合物において、例えば三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分、三酸化ビスマス－二酸化ケイ素－酸化亜鉛を含む複合成分、および酸化亜鉛－二酸化ケイ素－三酸化ビスマスを含む複合成分は溶融後に結晶化が起こる。結晶化した場合、強固なセラミックス層を形成することで、更なる耐電圧性の向上を図ることができる。

なお、無機化合物粒子７の粒径が小さくなると、放電の際に溶融する体積が小さくなり、所望の耐電圧効果を得られない。一方、粒径が大きくなると、マイカテープ６が密に積層した状態を形成できず耐電圧性が低下する。粒子間距離は粒径に応じて長くなるため、上述の部分放電時に電子のトラップ確率が低下する傾向がある。

以上の観点から、無機化合物粒子７の平均粒径は、メジアン径（５０％径、Ｄ５０）で５０ｎｍ以上、１００μｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以上、３０μｍ以下がより好ましい。上記範囲を規定した際の平均粒径の測定には、例えば、レーザー回折散乱法粒度分布装置（マイクロトラック（登録商標）ＭＴ３３００）を用いた。

さらに、無機化合物粒子７は熱硬化樹脂５中に分散して存在させる。その際の充填率（２５℃における体積分率）は外周絶縁体４中に０．３ｖｏｌ％以上、３０ｖｏｌ％以下の範囲であることが望ましく、１ｖｏｌ％以上、１５ｖｏｌ％以下であればさらに望ましい。充填率が０．３ｖｏｌ％未満では所望の耐電圧効果が得られず、３０ｖｏｌ％を超えると外周絶縁体４としての比誘電率が高くなって部分放電の開始電圧が低下するため、外周絶縁体４としての耐電圧性が低下するからである。

ここで、上述した固定子コイル２の製造方法について説明する前に、マイカテープに熱硬化樹脂を含侵して形成する絶縁部（本願の外周絶縁体４に対応）の一般的な形成方法について説明する。一般的な絶縁部の形成方法としては、マイカテープを導体部に数回巻きつけ、低粘度の液状熱硬化性樹脂組成物（絶縁ワニス）を減圧下で含浸させた後に加熱プレスする方法（真空加圧含浸方法）が用いられている。さらには、マイカテープに半硬化状態の樹脂を配置し、このテープを導体部に巻き付けた後に加熱プレスする方法（レジンリッチ法）なども用いられている。

本願の固定子コイル２においても、一般的な固定子コイルと同様、真空加圧含浸方法、レジンリッチ法等で外周絶縁体４を形成することが可能である。いずれの方法においても、無機化合物粒子７は、図３Ａに示すように、熱硬化性樹脂組成物５Ｌに配合し、マイカテープ６に含浸することで、外周絶縁体４中に配合することができる。あるいは、図３Ｂに示すように、予めマイカテープ６の表面に無機化合物粒子７を塗布、乾燥し、導体部３に巻き付けたのち、熱硬化性樹脂組成物５Ｌを含浸、硬化することで、無機化合物粒子７を外周絶縁体４内に配合することができる。

これらを踏まえ、本願の固定子コイル２の製造方法について、図４のフローチャートを参考にして説明する。ここでは、真空加圧含浸方法による形成方法を例に説明する。はじめに、巻装対象となる固定子鉄心１（のスロット１ｓの形状）に合わせて、図２Ｂで説明したように、金属線３１を絶縁性の被覆材３２で覆った導線３ｕをコイル状に巻回（ステップＳ１１０）する。巻回によって並んだ（積層した）複数本の断面が平角状の導線３ｕを束ねて導体部３とし、その外周部にマイカテープ６を巻き付ける（ステップＳ１２０）。

つぎに、マイカテープ６が巻き付けられ、予備乾燥を行った導体部３に、熱硬化性樹脂組成物５Ｌを含浸する。具体的には、巻き付けたマイカテープ６に付着している水分を飛ばすため、予備乾燥を実施する（ステップＳ１３０）。そして、水分が抜け、マイカテープ６が巻かれた導体部３を減圧雰囲気中で、液状の熱硬化性樹脂組成物５Ｌ中に含侵し、加圧してマイカテープ６内部の空隙内に浸透させる（ステップＳ１４０）。

つぎに、常圧に戻した状態で９０℃～１８０℃の温度領域で熱硬化性樹脂組成物５Ｌを加熱硬化させて、熱硬化樹脂５となし（ステップＳ１５０）、本実施の形態の固定子コイル２が形成できる。このとき、図３で示したように、マイカテープ６、熱硬化性樹脂組成物５Ｌの少なくともどちらかに無機化合物粒子７を含有させておく。この無機化合物粒子７を含むことで、上述した電圧特性を高め、機器の小型化、高出力化を実現することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１で説明した回転機コイルを用いた回転電機について説明する。図５は、実施の形態２にかかる回転電機の構成について説明するためのものであり、図５Ａは軸に垂直で、図５ＢのＡ－Ａ切断面に対応する回転電機の断面図、図５Ｂは軸を含み、図５ＡのＢ－Ｂ切断面に対応する回転電機の断面図である。なお、図５Ａと図５Ｂでは、回転子部分を透過させて描画している。

本実施の形態２にかかる回転電機１００は、図５（図５Ａ、図５Ｂ）に示すように、実施の形態１で説明した固定子コイル２を有する固定子１０と、固定子１０の内周側に回転自在に同軸配置された回転子８０と、固定子１０と回転子８０を収容する筐体９０とを備えている。固定子１０は、上述した固定子コイル２を有する固定子鉄心１が主要構成材となる。一方、固定子鉄心１は、実施の形態１で説明したように複数の電磁鋼板１ｐを積層して形成しているので、形状を維持するため、以下のような部材と一体化されている。

ひとつは、固定子鉄心１の外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられ、固定子鉄心１を軸方向に締め付ける複数（この例では８本）の鉄心締付部材１２である。もうひとつは、固定子鉄心１の外周部に軸方向に所定間隔をあけて設けられ、固定子鉄心１を鉄心締付部材１２の外周側から回転軸方向に締め付けて保持する軸方向に扁平な複数（この例では４箇所）の保持リング１３である。

また、筐体９０では、固定子鉄心１の外周面に対して間隔をあけて包囲し、軸方向の両端で回転子８０の回転軸８０ｘを回転自在に維持する図示しない軸受けを有する円筒状のフレーム９１が主構成部材となる。そして、固定子鉄心１を固定するため、フレーム９１の内周面側には以下の部材等が設けられている。ひとつは、軸方向に所定間隔をあけて軸心方向に突設されたリング状の複数（この例では５箇所）の中枠部材９２である。またひとつは、隣り合う中枠部材９２相互に固定され、軸方向中央部で保持リング１３に固定されたばね板からなる複数（この例では４本）の弾性支持部材９３である。

このように構成された回転電機１００は、固定子コイル２の高耐電圧化が可能なため、一層の高出力化および小型化を図ることができる。とくに回転電機１００の構成をタービン発電機へ適用した場合、外周絶縁体４の高耐電圧化により、導体部３周囲の絶縁材厚みを低減することが可能となり、これにより導体部３からの放熱が向上して高温化を抑制し、発電機の出力効率を向上させることが可能となる。

なお、本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。

例えば、導体部３における導線３ｕの積層数、導体部３に巻かれるマイカテープ６の巻き数（層数）は、図１、図２に示した例に限ることなく、適宜変更可能である。また、スロット１ｓあたりの段数、極数（図５では８極）等、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。さらには、回転機コイルとして、固定子コイル２を例に挙げたが、これに限ることはなく、回転子８０に用いる回転子コイルであってもかまわない。また、例えば、無機化合物粒子７の配合は、図３Ａに示す形態と図３Ｂに示す形態両方を用いてもよい。

以上のように、実施の形態１にかかる回転機コイル（固定子コイル２）によれば、回転電機１００の鉄心（例えば、固定子鉄心１）に巻装される回転機コイル（固定子コイル２）であって、巻回により並んだ導線３ｕを束ねた導体部３、およびマイカテープ６と空隙に充填された熱硬化樹脂５とを有して導体部３の外周を覆い、導体部３と鉄心（固定子鉄心１）とを絶縁する外周絶縁体４、を備え、外周絶縁体４の中には、マイカテープ６を構成するガラスクロス繊維６１の軟化点よりも低い溶融点を有する無機化合物粒子７が分散配置されているように構成したので、部分放電が発生した際に、ガラスクロス繊維６１の変形による外周絶縁体４の形態を崩すことなく、外周絶縁体４内の無機化合物粒子７が溶融・変形し、つながってセラミック層による防御層を形成するので、信頼性の高い回転機コイル（固定子コイル）、あるいは回転電機１００を得ることができる。

とくに、無機化合物粒子７の溶融点が、熱硬化樹脂５の熱分解温度Ｔｄよりも高い場合、形成された防御層が、強固にバリア機能を果たすことができる。

無機化合物粒子７の溶融点が４００℃以上、７００℃以下の範囲であれば、部分放電が発生した際により確実にガラスクロス繊維６１の変形による外周絶縁体４の形態を崩すことなく、外周絶縁体４内の無機化合物粒子７が溶融・変形し、つながってセラミック層による防御層を形成することができる。

無機化合物粒子７は、三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分で構成されているので、上述した熱的性質はもちろんのこと、溶融後に結晶化し、防御層としての絶縁性にも優れる。

さらに、無機化合物粒子７の平均粒径が、５０ｎｍ以上、１００μｍ以下の範囲にあれば、マイカテープ６の積層状態、あるいは無機化合物粒子７の分散状態が良好で、かつ耐電圧性を確実に得ることができる。

外周絶縁体４における無機化合物粒子７の含有量が、外周絶縁体４に対して０．３ｖｏｌ％以上、３０ｖｏｌ％以下の範囲であれば、耐電圧効果、外周絶縁体４としての耐電圧性を両立させることができる。

また、実施の形態２にかかる回転電機１００によれば、固定子１０、固定子１０の内周面側に同軸配置された回転子８０、および固定子１０を保持し、回転子８０を回転自在に支持する筐体９０、を備え、固定子１０および回転子８０のいずれかには、実施の形態１で説明した回転機コイルが設けられているので、小型で信頼性の高い回転電機１００が得られる。

以上のように、実施の形態１にかかる回転機コイルの製造方法によれば、巻装対象となる回転電機１００の鉄心（例えば、固定子鉄心１）に合わせて、導線３ｕを巻回する工程（ステップＳ１１０）、巻回により並んだ導線３ｕを束ねた導体部３にマイカテープ６を巻き付ける工程（ステップＳ１２０）、マイカテープ６に液状の熱硬化性樹脂組成物５Ｌを含侵させる工程（ステップＳ１４０）、および含侵させた熱硬化性樹脂組成物５Ｌを加熱硬化させ、導体部３と鉄心とを絶縁する外周絶縁体４を形成する工程（ステップＳ１５０）、を含み、マイカテープ６を構成するガラスクロス繊維６１の軟化点よりも低い溶融点を有する無機化合物粒子７を、熱硬化性樹脂組成物５Ｌを含侵させる前のマイカテープ６に担持させる工程（ステップＳ１２０の前：図３Ｂ）、および熱硬化性樹脂組成物５Ｌに上述した性質の無機化合物粒子７を混入する工程（ステップＳ１４０の前：図３Ａ）のいずれかをさらに含むように構成したので、部分放電が発生した際に、外周絶縁体４内の無機化合物粒子７が溶融・変形し、つながってセラミック層による防御層を形成するので、信頼性の高い回転機コイル（固定子コイル）、あるいは回転電機１００を得ることができる。

１：固定子鉄心、 １ｓ：スロット、 ２：固定子コイル、 ３：導体部、 ４：外周絶縁体、 ５：熱硬化樹脂、 ５Ｌ：熱硬化性樹脂組成物、 ６：マイカテープ、 ６１：ガラスクロス繊維、 ６２：マイカ粒子、 ７：無機化合物粒子、 １０：固定子、 ８０：回転子、 ９０：筐体、 １００：回転電機、 Ｔｄ：熱分解温度。

Claims (7)

1. 回転電機の鉄心に巻装される回転機コイルであって、
   巻回により並んだ導線を束ねた導体部、および
   マイカテープと空隙に充填された熱硬化樹脂とを有して前記導体部の外周を覆い、前記導体部と前記鉄心とを絶縁する外周絶縁体、を備え、
   前記外周絶縁体の中には、前記マイカテープを構成するガラスクロス繊維の軟化点よりも低い溶融点を有し、三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分で構成されている無機化合物粒子が分散配置されていることを特徴とする回転機コイル。
2. 無機化合物粒子の溶融点は、前記熱硬化樹脂の熱分解温度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の回転機コイル。
3. 前記無機化合物粒子の溶融点は４００℃以上、７００℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の回転機コイル。
4. 前記無機化合物粒子の平均粒径は、５０ｎｍ以上、１００μｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機コイル。
5. 前記外周絶縁体における前記無機化合物粒子の含有量は、前記外周絶縁体に対して０．３ｖｏｌ％以上、３０ｖｏｌ％以下の範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転機コイル。
6. 固定子、
   前記固定子の内周面側に同軸配置された回転子、および
   前記固定子を保持し、前記回転子を回転自在に支持する筐体、を備え、
   前記固定子および前記回転子のいずれかには、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転機コイルが設けられていることを特徴とする回転電機。
7. 巻装対象となる回転電機の鉄心に合わせて、導線を巻回する工程、
   前記巻回により並んだ導線を束ねた導体部にマイカテープを巻き付ける工程、
   前記マイカテープに液状の熱硬化性樹脂組成物を含侵させる工程、および
   前記含侵させた熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させ、前記導体部と前記鉄心とを絶縁する外周絶縁体を形成する工程、を含み、
   前記マイカテープを構成するガラスクロス繊維の軟化点よりも低い溶融点を有し、三酸化ビスマス－酸化亜鉛－三酸化二ホウ素を含む複合成分で構成されている無機化合物粒子を、
   前記熱硬化性樹脂組成物を含侵させる前のマイカテープに担持させる工程、および前記熱硬化性樹脂組成物に前記無機化合物粒子を混入する工程のいずれかをさらに含むことを特徴とする回転機コイルの製造方法。

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