JPH04245405A - 耐熱絶縁線輪 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高速増殖炉にお
ける液体ナトリウム循環用の電磁ポンプの様に、　３０
０℃以上の高温で用いられる電気機器の耐熱絶縁線輪に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の直線誘導形の電磁ポンプ
に用いる絶縁コイルは、図３に示すように平角銅線をパ
ンケ―キ状に巻回し、この上から無機質の絶縁テ―プを
無機質の接着剤を塗りながら巻回した後焼成して無機質
絶縁層を形成する方法が知られている。一般にパンケ―
キ状コイルに絶縁テ―プを巻回すると、内径側は外径側
に比べてテ―プの重なり度合いが多くなって絶縁厚さが
不均一になる。これを避けるため、内径側に巻かれる絶
縁テ―プの幅をはさみで切り落として細くして、外径側
の重なり度合いと同じになるように調整して巻く。これ
は巻付作業を繁雑にさせるばかりでなく、以下に述べる
様に高温無機絶縁の絶縁性能を低下させる原因になって
いる。すなわち、無機絶縁は機器の起動時や停止時に、
導体と絶縁層間の熱膨張率の相違により、熱応力が発生
し、ヒ―トサイクルが繰り返されると疲労により絶縁に
クラックが発生し、絶縁低下を来たす。特に、高速増殖
炉の一次冷却系に用いる液体ナトリウム浸漬形無冷却電
磁ポンプのように、大容量機用の大形巻線やより高温で
使用される機器でこのような現象が発生しやすい。ここ
で、巻回した絶縁テ―プに働く熱応力を考えると、図３
に示すように絶縁テ―プの長手方向に働く応力ＦＡ　に
対してコイル内径側のテ―プ幅は外径側よりせまくなっ
ているのでテ―プ幅当りの応力が高くなり、従って内径
側で切断しやすくなる。また、巻付時にはさみでテ―プ
を細く切るので、この切り口にテ―プ長手方向の応力Ｆ
ａ　とコイル円周方向の応力Ｆｂ　とが合成されてよじ
れるような応力が働く。このため切り口が欠陥となり無
機材料の単体引張強度よりはるかに小さな応力で切断し
てしまう欠点がある。なお、内径側のテ―プ幅を切らず
に巻いて絶縁厚さが不均一のまま鉄心に入れると絶縁層
が片当りして局部的に集中荷重を受けやはり絶縁が損傷
されることになる。

【０００３】したがって、高速増殖炉の液体ナトリウム
循環用の、液体ナトリウム浸漬形無冷却電磁ポンプ等の
様な　３００℃以上の高温で使用される絶縁線輪は、　
３００℃以上の高温で長期間安定して使用できる高い耐
熱性が必要であり、特に一次冷却系に用いるような大容
量機においては、ヒ―トサイクルによって絶縁劣化の起
きない高電圧の絶縁線輪が必要となる。

【０００４】本発明は、このような要望に応えるために
なされたもので、　３００℃以上の高温で、長期間安定
して使用でき、ヒ―トサイクルによって絶縁劣化の起き
ない高電圧にも用いることができる耐熱絶縁線輪を提供
することを目的としている。［発明の構成］

【０００５
】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の耐熱絶縁線輪は、パンケ―キ状に成形したコイ
ル導体の外径側にあらかじめ絶縁物を介在させておき、
この上から無機絶縁テ―プの幅を切り落さずに巻回した
構成とする。

【０００６】ここで無機絶縁テ―プとしては、はがしマ
イカまたは集成マイカと無機質の補強材を無機ポリマ―
または無機塗料から成る接着剤で貼り合せたマイカテ―
プが用いられる。マイカテ―プの補強材としては、アル
ミナ，アルミナ・ボリア・シリカ（例えば米国スリ―エ
ムの商品名ではネクステル），シリカなどの耐熱性があ
り機械的強度の大きい繊維を織った織布または不織布な
どを使用する。織布の場合、絶縁層の熱伝導性を良くす
るために、繊維の密度を高く織ったものが好ましい。一
般にマイカテ―プの補強材用には３０〜　４００μｍ程
度の薄いテ―プの方がマイカ層を占積率を上げ、単位厚
さ当りの絶縁破壊電圧を大きくとれ絶縁設計上有利であ
る。

【０００７】また、無機ポリマ―とは、高温で焼成する
ことにより無機化するポリマ―の総称であり、例えばア
ルキルシリケ―ト系のシリコ―ンＡＹ４９−　２０８（
東レシリコ―ン社の商品名）、無機充填剤入ボロシロキ
サン系塗料ＳＭＲ−　１０９（昭和電線電纜社の商品名
）やメチルポリシロキサンから成る感圧接着剤ＹＲ３２
８６（東芝シリコ―ン社の商品名）等が含まれる。さら
に、無機塗料としてはモノリン酸アルミニウム，リン酸
珪素などのリン酸塩，コロイダルシリカやコロイダルア
ルミナなどが含まれる。前述の無機ポリマ―または無機
塗料には、無機質の充填剤を加えても良い。

【０００８】ここで、無機質の充填剤としては、アルミ
ナ（Ａｌ２　Ｏ３　），マグネシア（ＭｇＯ），シリカ
（ＳｉＯ２　），ジルコニア（ＺｒＯ２　），ステアタ
イト（ＭｇＳｉＯ３　），クレ―，カオリン，マイカ粉
，高融点ガラスフリット等が含まれる。これら充填剤の
粒径は、無機化シリコ―ンと混合しやすく、塗り易くす
るために、平均粒径１０μｍ以下が好ましい。

【０００９】無機質の充填剤を無機ポリマ―に多く配合
すれば一般的に熱的に安定となるし、価格も安くなる。 しかし、充填剤自身は焼成により結合しないので、焼成
することにより強固な結合を形成する程度の無機ポリマ
―を配合する必要がある。

【００１０】一方、無機質の充填剤と無機ポリマ―の配
合比は、塗り難くならず、かつ焼成後脆くならない様に
選択することが必要である。通常は、無機質の充填剤含
有率が１０〜９０重量％程度がよい。

【００１１】コイル導体の外径側に介在させる厚さ調整
用絶縁物としては、アルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　），ステ
アタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２　），窒化アルミニウム（
ＡｌＮ），窒化ケイ素（Ｓｉ３　Ｎ４　）などの高温電
気絶縁性の優れたセラミックスの成形品がある。または
、アルミナを主成分としたセラミックファイバ―をフエ
ルト状にしたセラミックウ―ル（例えばイソライト工業
社の商品名ではカオウ―ル）をそのまゝ用いるか、前述
の無機ポリマ―を含浸して半硬化状にして用いる。また
は、前述の無機絶縁テ―プのシ―ト状のものが用いられ
る。なお、介在させた絶縁物をコイル導体と接着させた
り、すき間を埋めるには、無機ポリマ―の塗布が有効で
ある。

【００１２】また、厚さ調整用絶縁物を介在させる場所
は、絶縁層の内層，外層を問わないが、後で述べる様に
マイカテ―プを導体近傍に使用した方が電気的特性上有
利なので、その場合は外層に入れる。

【００１３】なお、マイカテ―プを巻き終った後、絶縁
層を保護するためにマイカテ―プの補強材と同じ無機質
の絶縁テ―プを巻回しても良い。この際も、コイル導体
内径側に接するテ―プの幅を細く切り落してはならない
。特に繊維で織ったテ―プの場合はヤ―ンの一部が切断
されると引張強度が著しく低下する。

【００１４】

【作用】無機絶縁テ―プを巻回する際、テ―プの幅を切
り落さずに巻くとしたのは、テ―プ幅が局部的に細くな
ると、テ―プが受けるヒ―トサイクルによる熱応力が相
対的に大きくなること，切り口に熱応力が集中すること
などの理由で絶縁テ―プの引張強度が低下するので、こ
れを防止するためである。

【００１５】この様にして巻回すると、必然的にコイル
外径側の絶縁厚さが内径側より薄くなり、絶縁コイルを
鉄心に入れた際、不安定な形となり振動，魔もう発生の
原因となり絶縁が劣化する。従って、あらかじめ、コイ
ル外径側に厚さが薄くなる分を補正できるような形状の
絶縁物を当てる。

【００１６】ここで、マイカテ―プを使用するのは、マ
イカは耐熱性が高く、また、絶縁破壊電圧や耐電圧性に
優れているためである。導体近傍にマイカテ―プを使用
したのは、導体近傍の方が電界が高く、耐電圧性の高い
材料を置くことにより、寿命を長くすることができるか
らである。

【００１７】マイカテ―プは、電気的特性は優れている
が機械的強度にやや劣るので、機械的強度の高い耐熱性
のある無機質の絶縁テ―プを機械的強度の劣るマイカテ
―プの上から巻回し、押えることによって、マイカテ―
プがばらばらに崩れてしまうのを防ぐことができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。 実施例１

【００１９】図１において、導体１は、ニッケルメッキ
をしたアルミナ分散強化銅２（グリデンメタル社の商品
名Ｇｌｉｄ　ｃｏｐＡＬ−１５）から成る平角線に、厚
さ５０μｍのアルミナ織布と厚さ　１００μｍの軟質無
焼成集成マイカシ―トとを少量のシリコ―ン（例えば東
芝シリコ―ン社の商品名ＹＲ３２８６）を接着剤として
貼合わせて成るマイカテ―プ３を巻回したもので、この
導体１を、内径　５６０ｍｍ，外径　８００ｍｍ，厚さ
２５ｍｍとなる様にパンケ―キ状に巻いた後、無機質充
填剤を含むアルキルシリケ―ト系の無機ポリマ―（東レ
シリコ―ン社の商品名ＡＹ４９−　２０８）やアルミナ
等の無機質の接着剤４等を用いて成形する。 さらに、この上から厚さ５０μｍのアルミナ織布を厚さ
　１００μｍの無焼成軟質集成マイカに裏打補強し、こ
れに上記の無機質充填剤を含む無機ポリマ―（東レシリ
コ―ン社の商品名ＡＹ４９−　２０８）と無機充填剤入
ボロシロキサン系樹脂塗料（昭和電線電纜社の商品名Ｓ
ＭＲ−１０６９）とシリコ―ン感圧接着剤（東芝シリコ
―ン社の商品名ＹＲ３２８６）とを塗布してなるテ―プ
幅３２ｍｍのマイカテ―プ５を、上記無機質充填剤を含
む無機ポリマ―（東レシリコ―ン社の商品名ＡＹ４９−
　２０８）を塗布しながらパンケ―キ状コイルの外径側
で１／２重ねとなるようにしてテ―プ幅を切らずに３回
巻いた（内径側ではほぼ２／３重ねとなる）。マイカテ
―プの上からセラミックファイバ―（イソライト工業社
の商品名カオウ―ルバルク）に無機ポリマ―（東レシリ
コ―ン社の商品名ＡＹ４９−　２０８）を含浸して半硬
化状にした厚さ調整用絶縁物をコイル外径側の上下に当
てた。さらに、この上から接着剤を有しない無機質の保
護テ―プとして、厚さ　３００μｍの接着剤を有しない
アルミナ繊維織布からなる保護テ―プを１／２重ね巻き
で１回巻回した。然る後、保護テ―プの端末が緩まない
様に、アルミナ繊維からなる糸を前記保護テ―プの巻回
端末上から押え付けながら巻回し、絶縁層を形成した。 この外側に離型用のポリテトラフルオロエチレンテ―プ
（図示しない）を巻き、鉄板を当てた後、熱収縮性ポリ
エステルテ―プ（フィルム状，チュ―ブ状，または織布
状のものでもよい）を巻き、これを８０℃で１時間、　
１３０℃で２時間，　１５０℃で２時間，さらに　１８
０℃で１５時間加熱して硬化させた。この後、前記熱収
縮性ポリエステルテ―プ，鉄板，離型用のポリテトラフ
ルオロエチレンテ―プを除去し、この線輪を空気中　３
００℃で８時間，　６００℃で８時間焼成し、耐熱絶縁
線輪を得た。

【００２０】上記の製造過程において、加熱硬化時の加
圧は、熱収縮性ポリエステルテ―プの加熱収縮によって
行われ、さらに、高温での加熱焼成により絶縁層中に含
まれる有機質成分は飛散焼失して無機化（セラミック化
）し、完全に無機質の絶縁層が形成された。 実施例２

【００２１】実施例１に従い、図２に示すように導体１
の上から厚さ調整用絶縁物として、実施例１のマイカテ
―プをコの字形に折り曲げて、端部が段差になるように
重ねて、パンケ―キ状コイルの外径側に当てた。この上
から実施例１と同じマイカテ―プをテ―プ幅を切らずに
同様の方法で巻いた。さらに、この上から無機質の保護
テ―プをテ―プ幅を切らずに巻き、以下実施例１と同様
の方法で硬化および焼成を行い耐熱絶縁線輪を製造した
。 比較例

【００２２】比較例として前述した実施例１において、
厚さ調整用絶縁物を施さないで、マイカテ―プおよび保
護テ―プのテ―プ幅を切り落しながら巻き絶縁寸法が同
じになるように調整した耐熱絶縁線輪を製造した。すな
わち、幅３２ｍｍのテ―プを用いコイルの外径側および
内径側共１／２重ねになるように内径側のテ―プ幅で約
５ｍｍを斜めに切り落した。以下実施例１と同様の寸法
で硬化および焼成を行い耐熱絶縁線輪を得た。

【００２３】実施例１，２および比較例により得られた
耐熱絶縁線輪を室温と６５０℃の間で５００回ヒ―トサ
イクルを行ったところ、比較例が最も早く、絶縁表面の
アルミナ織布テ―プのアルミナ繊維が切断した。切断の
起点は、巻回する際にテ―プ幅を切り落したコイルの内
径側であった。切断箇所はヒ―トサイクル数が多くなる
につれ絶縁層全面に広がった。これに比べて、本実施例
１，２の場合、ヒ―トサイクルを　５００回終了した後
も、切断は見られなかった。ヒ―トサイクル　５００回
終了後各コイルの絶縁層を分解してクラックの発生の有
無を観察した結果、比較例ではマイカテ―プのアルミナ
補強材がところどころ切断し、集成マイカにもクラック
が入っていた。クラックの起点もコイル内径側のテ―ピ
ング時にはさみを入れた場所であった。また、このクラ
ックはヒ―トサイクル　５００回終了後に実施した絶縁
破壊試験の破壊位置とも一致していた。これに対して、
本実施例１，２ではマイカテ―プの切断は全く見られな
かった。残存絶縁破壊電圧（絶縁破壊電圧の初期値に対
するヒ―トサイクル劣化後の絶縁破壊電圧の百分率）は
それぞれ実施例１で９５％，実施例２で９２％，比較例
で６５％で、本発明の絶縁線輪の残存絶縁破壊電圧が高
かった。このようにヒ―トサイクル試験によって、実施
例に比べて比較例が劣化が大きかったのは、絶縁テ―プ
を巻回する際、テ―プ幅を切り落とすのが基因で機械強
度が低下するからである。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ンケ―キ状コイルを絶縁する際、導体の外径側に厚さ調
整用絶縁物を介在させ、無機質の補強材を、無機ポリマ
―から成る接着剤で貼り合わせて成るマイカテ―プを幅
を切り落さずに巻いたので、電気的、機械的に優れた耐
熱絶縁線輪が得られる。また、この耐熱絶縁線輪は、高
温で連続使用しても殆ど性能の低下することがなく、機
器運転・停止に伴って起きるヒ―トサイクルが繰り返さ
れても、絶縁層にクラックが入ることもなく、絶縁性能
の低下が殆ど起きない。したがって、高温増殖炉におけ
る液体ナトリウム循環用の電磁ポンプの様に、　３００
℃以上の高温で用いられる耐熱絶縁線輪に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐熱絶縁線輪の第１の実施例の横断面
図。

【図２】本発明の耐熱絶縁線輪の第２の実施例の横断面
図。

【図３】熱応力を説明するための従来のパンケ―キ状コ
イルの斜視図。

【符号の説明】

１…導体 ２…アルミナ分散強化銅 ３，６…マイカテ―プ ４…厚さ調整用絶縁物 ５…無機ポリマ― ７…無機質の保護テ―プ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　パンケ―キ状の導体に無機質の絶縁テ
   ―プを巻回してなる耐熱絶縁線輪において、導体の外径
   側に厚さ調整用絶縁物を介在させ、前記絶縁テ―プの幅
   を切り落さずに巻回したことを特徴とする耐熱絶縁線輪
   。
2. 【請求項２】　　絶縁テ―プは、無機質の補強材を無機
   ポリマ―または無機塗料から成る接着剤で貼り合せて成
   るマイカテ―プとしたことを特徴とする請求項１記載の
   耐熱絶縁線輪。