JPH0622381B2 - 耐熱回転電機巻線の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、雰囲気温度が３００℃を超える場所で使用さ
れる低圧回転電機の、主として固定子巻線あるいは電機
子巻線の製造方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

製鉄所における高炉の出銑場所，製鋼所におけるスラブ
等の搬送通路，化学工業における反応炉周辺など雰囲気
温度が２５０℃あるいは３００℃を超える場所で使用さ
れる電動機等の回転電機の固定子巻線，電機子巻線等に
おいては、上記雰囲気温度に長期間耐える耐熱絶縁材を
用いて巻線を構成することが求められるとともに、水
分，腐食性ガス，導電性粉塵等による巻線の汚損により
耐電圧や絶縁抵抗が低下しない優れた耐環境性を有する
巻線およびその絶縁構造が求められる。

ところで定格電圧が数百Ｖ程度の低圧電動機等の巻線に
は、耐熱性のエナメル銅線やエナメル被覆の外周にガラ
ス繊維を横巻きし耐熱ワニスを含浸した絶縁電線（以下
絶縁被覆導体と呼ぶ）をほぼレーストラック状に複数タ
ーン仮巻きしてなるコイル導体を用意し、ガラス布基材
の集成マイカシート等の耐熱性シートからなるスロット
絶縁材が内壁面に沿ってあらかじめ装着された鉄心のス
ロット内に、前記コイル導体の１本，１本の絶縁被覆導
体を順次拾い込んで巻線を行い、巻線作業を終了した時
点で鉄心を含む全体を耐熱性ワニス中に浸漬し，加熱硬
化することにより、コイル，スロット絶縁材，鉄心が相
互に装着されて一体化した巻線が形成される，いわゆる
乱巻き巻線が用いられるのが一般的である。

ところで、乱巻き巻線においては、スロット内において
巻線を包囲して巻線の主絶縁部（対地絶縁）を形成する
スロット絶縁材はスロットの両端からコイルエンド側に
１ないし２cm程度出たところで切断されており、コイル
エンド部分はマグネットワイヤが露出した状態となって
いるために、スロット内に一旦含浸された耐熱性ワニス
は加熱乾燥時の温度上昇とともにその粘度が低下し、ス
ロット絶縁材の端部から流出し、また覆うものの無いコ
イルエンド部においてはワニスが一層流れ出し易いため
に、加熱乾燥を終了した時点においてマグネットワイ
ヤ，スロット絶縁材の表面に形成される絶縁皮膜は極め
て薄いものとなり易く、ワニスが流れ出た隙間を通って
湿気や汚損ガス等の汚損物質を含んだ空気が自在に侵入
する。したがって、３００℃を超える高温雰囲気におい
て薄い絶縁皮膜は酸化劣化して汚損物質の浸透阻止能力
が低下し、かつスロット絶縁材の沿面距離が小さいため
に漏れ電流が増加し、いわゆるメグ不良を生じ易い欠点
がある。

また、前述の欠点を回避するために、コイルエンド部分
を耐熱性テープで覆って含浸ワニスの流出を防ぐ方法も
知られているが、複数のコイルのコイルエンド部分が互
いに重なり合っている部分に含浸ワニスの流出を防ぐ程
に密閉性を有するテーピング層を形成することは極めて
困難であり、有効なメグ低下防止効果を得られないのが
実情である。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、乱巻き方
式の巻線であるにも拘らず含浸剤の保持性が高く、した
がって３００℃を超える汚損雰囲気中でも絶縁性能の低
下が少い耐熱回転電機巻線が得られる製造方法を提供す
ることを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、鉄心に形成されたスロットに巻装される複数
個のコイルそれぞれのコイル導体を、複数ターンからな
るユニット複数個に区分し、ガラス繊維布と集成マイカ
シートとをアルキルシリケート系接着剤で貼り合わせた
プリプレグテープにより前記ユニットコイルそれぞれを
絶縁被覆してユニットコイル複数個の直列体からなる未
含浸コイルを形成し、このユニットコイルのコイル辺を
乱巻きコイルの１ターンに見立てて前記鉄心のスロット
に順次拾い込み，鉄心に巻線を巻装し、その後前記化学
反応形無機接着剤と同種の含浸剤を含浸し、加熱固化す
るよう構成したことにより、１コイルを複数分割した，
スロットに拾い込み可能な小数ターンからなるユニット
コイルそれぞれが保液性のよい絶縁被覆に覆われ、３０
０℃を超える高温雰囲気にアルキルシリケート系である
けい素を主体とする化学反応形無機接着剤あるいは含浸
剤を十分に含み、優れた耐熱性と耐汚損性を発揮すると
ともに、例えば１回の含浸処理によりユニットコイル相
互間ならびにユニットコイルと鉄心間が含浸剤により相
互に固着して一体化することにより、高温における形態
安定性にも優れた巻線を得られるようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例方法を示すユニットコイルの外
形図、第２図は実施例方法におけるユニットコイルの断
面図、第３図は第２図におけるＡ−Ａ位置の側断面図で
ある。第１図において、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…１Ｎはレー
ストラック状に形成されたユニットコイルであり、渡り
部３を介して各ユニットコイルの絶縁被覆導体２が導電
結合されることによりコイル１が形成されており、複数
のユニットコイルそれぞれの直線部分（コイル辺と称す
る）が，乱巻き巻線における１ターン毎のコイル辺と同
様に鉄心に形成されたスロットに順次拾い込まれること
により、複数のコイル１からなる巻線を鉄心に巻装する
ことができる。絶縁被覆導体２は、第２図および第３図
に示すように錫メッキ銅線２Ａの外周にガラス繊維横巻
き被覆等の導体被覆２Ｂを施した丸線または平角線が用
いられ、例えば図に示すように丸線７ターンをユニット
にしてその外側をプリプレグテープ層５で一括被覆する
ことによりユニットコイル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ等を形成す
ることができる。なお、渡り部３は極力短かい方が好ま
しく、プリプレグテープ層５を手巻きする場合には１条
の絶縁被覆導体が連続した短かい渡り部を容易に形成で
きるが、プリプレグテープ層５を機械巻きする場合には
ユニットコイルを別体で形成し、渡り部３で相互に導電
接続するよう構成してもよい。

プリプレグテープ層５としては、ガラス繊維からなる織
布または不織布と集成マイカシートとをアルキルシリケ
ート系接着剤を結合材として貼り合わせ、所定の加熱条
件で結合材を半硬化状態としたプリプレグテープを半重
ねで１回または２回巻着被覆することにより形成するこ
とができる。化学反応形無機接着剤としては、アルカリ
金属けい酸塩系，コロイダルシリカ系，アルキルシリケ
ート系等種々あるが、けい素分子が高分子主鎖に挿入さ
れた有機アルキル基を有する半無機ポリマーを結合剤と
し、これに硬化剤，充填材を配合したアルキルシリケー
ト系接着剤は、３５０℃前後の温度で加熱硬化すること
により高い接着強度を示し、かつ３００℃を超える高温
雰囲気中での使用に耐え，耐水性や電気絶縁性に優れた
特性を示すとから、プリプレグテープ層の接着剤および
含浸剤として最も適している。

第４図は前述の実施例方法におけるスロット内断面図で
あり、鉄心６に形成されたスロット７には前述のように
形成されたユニットコイル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ等のコイル
辺が順次拾い込まれ、シート状のスロット絶縁材８に包
囲された例えばそれぞれ９条のユニットコイルからなる
下コイル１１，上コイル２１を巻装し、スロット７の入
口部をくさび９で閉鎖するという手順で複数のコイル１
からなる巻線が鉄心６に巻装される。

前述の巻線作業を終了した鉄心を含む巻線には、前記プ
リプレグテープの接着剤と同じ組成のアルキルシリケー
ト系接着剤（この場合含浸剤）が真空含浸され、かつ加
熱硬化処理される。このとき、プリプレグテープ層５中
の接着剤は加熱により一旦流動状態となるが、半硬化処
理されているためにその粘度は高く、プリプレグテープ
層５が漏れ止め用シースとして機能してその内側の導体
周辺に含浸された含浸剤１０の漏れを防ぐとともに、硬
化の進行とともに接着剤と含浸剤とが相互に反応するこ
とにより、隙間が無機系の接着剤および含浸剤により埋
められたち密な絶縁層を有する複数のユニットコイルか
らなる巻線を形成できる。またユニットコイルおよびス
ロット絶縁材８，くさび９と鉄心６は含浸剤１０により
相互に固着されるので、１回の含浸処理により、優れた
耐熱性能および絶縁性能を有する複数のユニットコイル
と、鉄心６に強固に一体化結合された巻線とを同時に形
成することができる。なお、プリプレグテープの基材と
しては、ガラス布の他に、アルミナ繊維，チタン酸カリ
ウム繊維等からなる無機質ペーパーを用いてもよい。

第５図は前述の実施例方法になるユニットコイルの浸水
時間対絶縁抵抗特性線図である。図において、曲線３１
は実施例方法になるコイルの特性曲線であり、アルキル
シリケート系接着剤（テー・エス・ビー開発センター製
・商品名ＴＳＢ４３００）を１００ｇ／m²の割合で塗布
してガラス繊維布と集成マイカシートを貼り合わせ、１
００℃約２時間の加熱処理により表面の粘着性を抑さえ
る程度の半硬化状態としたプリプレグテープを用いて第
２図または第３図に示すプリプレグテープ層５を有する
ユニットコイルを製作し、上記と同じ組成の含浸済を真
空含浸した後２００℃約１６時間の加熱処理，３５０℃
１ないし２時間の後硬化処理を施したユニットコイルを
供試コイルとして用いた。なお、絶縁被覆導体としては
導体径１．０mmのガラス横巻き銅線を用いた。また、曲
線３２は比較例の特性曲線であり、上記ガラス横巻き銅
線の束に上記含浸剤を浸漬含浸し、上記実施例コイルと
同様な加熱硬化処理を行ったものである。図から明らか
なように、約４８時間の水中浸漬により、比較例コイル
の絶縁抵抗は１０^７Ωオーダにまで低下するのに対し、
実施例コイルは１０¹⁰Ωオーダを維持し、実施例コイル
が高い耐水性を有することがわかる。

第６図は実施例方法になるユニットコイルの熱劣化処理
後の絶縁抵抗を比較例のそれと比較した結果を示すもの
であり、供試ユニットコイルには第５図の実験に用いた
と同様なコイルを用い、４００℃の高温雰囲気中で２日
間および２０日間加熱処理を行なった後、４０℃，相対
湿度９５％の雰囲気中で直流電圧５００Ｖを印加して絶
縁抵抗を求めた。その結果、比較例コイルでは２日間の
加熱で絶縁抵抗が約４けた，２０日間の加熱後には７け
た低下し、高温におけるコイル絶縁層の熱劣化にともな
う耐湿性能の低下を示したのに対し、実施例コイルにお
いては２０日間加熱後においても比較例に比べて約３け
た高い８×１０^９Ωを維持し、実施例方法になるコイル
絶縁層が高温における酸化劣化を阻止する優れた耐熱性
能と、これに基づく優れた耐湿性能を示すことを実証で
きた。

なお、第２図に示すように、導体径１．０mm程度の絶縁
被覆導体７ターン程度でユニットコイルを形成した場
合、プリプレグテープ層５を含むユニットコイルの外径
を５mm以下に抑さえることができ、含浸処理されていな
いユニットコイルは柔軟性を有するので、鉄心６に形成
されたスロット７にユニットコイル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ等
を拾い込む作業を容易に行うことが可能であり、かつユ
ニットコイル数が従来の乱巻きコイルのターン数の数分
の１以下と少いことにより、巻線作業を効率よく行うこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明方法は前述のように、鉄心に形成されたスロット
に巻装される巻線の複数ターンからなるコイル導体をス
ロットに拾い込み可能な複数ユニットに区分し、ガラス
繊維布と集成マイカシートをアルキルシリケート系接着
剤で貼り合せ，半硬化処理してなるプリプレグテープを
各ユニットコイル導体に巻着被覆して複数のユニットコ
イルの直列体からなるコイル形成する工程と、ユニット
コイルのコイル辺をスロットに拾い込んで鉄心に巻線を
巻着する工程と、前記接着剤と同種の含浸剤を真空含浸
し，加熱硬化処理する工程とを含むよう構成した。その
結果、１回の含浸および加熱硬化処理により、含浸剤の
流出がプリプレグテープ層により阻止されて３００℃以
上の雰囲気温度に十分耐える耐熱性を有するアルキルシ
リケート系接着剤が十分含浸され，かつ鉄心に一体に結
合された複数のユニットコイルからなる巻線を形成する
ことが可能となり、従来の乱巻き巻線における含浸樹脂
の流出と，それに基づく耐湿性能，電気絶縁性能等の低
下が阻止され、優れた耐熱性能，耐汚損性能を有する耐
熱回転電機巻線を容易に形成できる製造方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法におけるユニットコイルの
外形図、第２図は実施例方法になるユニットコイルの断
面図、第３図は第２図におけるＡ−Ａ位置の断面図、第
４図は実施例方法におけるスロット内断面図、第５図は
実施例方法になるユニットコイルの浸水時間絶縁抵抗特
性線図、第６図は絶縁抵抗の実験結果比較を示す図表で
ある。 １……コイル、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…１Ｎ……ユニットコ
イル、２……絶縁被覆導体、２Ａ……導体、２Ｂ……導
体被覆、３……渡り部、５……プリプレグテープ層、６
……鉄心、７……スロット、８……スロット絶縁、１０
……アルキルシリケート系含浸剤（接着樹脂）、１１…
…下コイル、２１……上コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁被覆導体をレーストラック状に複数回
   仮巻きしたコイル導体にガラス繊維布と集成マイカシー
   トとをアルキルシリケート系接着剤で貼り合わせたプリ
   プレグテープを巻着被覆してなるユニットコイル，およ
   びその複数個の直列体からなるコイル複数個を形成する
   工程と、このコイル複数個のユニットコイルのコイル辺
   を鉄心のスロット内に順次拾い込み装着する工程と、前
   記アルキルシリケート系接着剤と同種の含浸剤を含浸し
   加熱硬化する工程とを含むことを特徴とする耐熱回転電
   機巻線の製造方法。