JPH06510898A - 支持体と巻線要素とからなる含浸構造 - 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】 支持体と巻線要素とからなる含浸横造 この発明は、強磁性で導電性の支持体と巻線要素とからなり、例えば、約２０Ｍ ＶＡ以上、殊に５０ＭＶＡ以上の電気的入力及び出力を持つ大型電気機械におい て使用される構造、特にターボ発電機において固定子として使用される構造に関 する。

この種の構造における巻線要素は、通常、少なくとも１つの良導電性金属線或い は金属棒、特に多数のこのような金属棒を備えた導体を有し、電気的に半導体性 の保護層によって包まれている絶縁スリーブによって取り囲まれている．巻線要 素の絶縁スリーブは、一般に、充填材で含浸されるべき或いは含浸された雲母を 含んだ素材からなる。この素材は、通常、導体の上に巻かれた雲母粉末をベース としたテープであり、充填材は合成樹脂、特に熱硬化性エポキシ樹脂、例えばエ ポキシ樹脂及び無水酸化物の混合物である。巻線要素の金属線或いは金属棒は流 動性冷却媒体を通すために中空にされることもある．巻線要素としては棒状の導 体、特に両端で折れ曲がったほぼ直線状の導体を持つバーコイル及び金属線を巻 回してなる導体を備えた型コイルが公知である。型コイルは、通常、それぞれ別 の溝に挿入されるほぼ直線状の２つのセグメントを持っている．バーコイルは、 通常、大出力の発電機、例えばターボ発電機において使用され、型コイルは小出 力の発電機に特に使用される。

大型発電機の巻線要素を備えたコンポーネントを製作するための最も普及した方 法は、巻線要素をコンボーネントに装着する前に既にその絶縁スリーブの含浸を 行い、この含浸体を特別のプレス型で硬化させて必要な外形を持つようにした巻 線要素を用意する必要がある。ところで最近、巻線要素をその支持体に組み込ん でから初めて充填材を含浸する、いわゆる全含浸法が使用されるようになってき た．この全含浸法を導入することにより、今まで必要であったプレス等による精 密な形状の形成が大幅に不要とすることができた。また全含浸法では巻線要素を 挿入する支持体の溝が殆ど完全に充填材で満たされるので、巻線要素は、今まで 常に必要であった特別の閉塞手段を必要とすることなく、支持体の溝の中に殆ん ど全不動に固定することができる。

支持体と巻線要素とからなる全含浸１造の設計に当たっては、充填材の含浸の際 及びそれに続く充填材の硬化の際にも、そしてまた後の運転の際にも、電気機械 において通常の周囲温度から１００°Ｃ以上までの温度の変動を受けるというこ とを考慮しなければならない、さらに、（通常強磁性の金属からなる）支持体と 、（一般にエポキシ樹脂からなる）充填材との熱膨張係数が互いに異なることか ら、軌応力が発生し、充填材中に亀裂が生ずるおそれも十分に考慮しなければな らない、このために、各巻ｖＡ要素とこの巻線要素が装着されている溝の少なく とも１つの溝壁との間に、その強度が溝内の他の層の強度に比べて明らかに小さ い隔離層を挿入することが従来公知である。この場合、好ましいことに亀裂はこ の隔離層に発生する。このような亀裂におけるコロナ放電（これは特に大型電気 機械の固定子側に存在する危険である）を回避するために、隔離層は、互いに接 続された電気的に少なくきも弱伝導性の２つの層の間に挿入されることによりシ ールドされる０巻線要素に直接接する弱導電性の層には、その場合、一般に元々 所謂「コイル側コロナ敢電／−ルドコとして巻線要素に付設されている保護層を 当てることができる。隔離層の背後の保護層に対向して存在する他の少なくとも 弱導電性の層の機能は、場合によっては溝壁自体が引き受ける。しかしながら、 補助的な導電性或いは弱導電性中間層を挿入することもできる。

大型発ＮＩＲのコンポーネントの製作に際して全含浸法を通用する際のその他の 構成は、国際特許出−公開第Ｗ０９１１０１０５９号公報やヨーロッパ特許出願 公間男０３７９０１２号公報に記載されている。これらの文献は強磁性で導電性 の支持体と、巻線導体とからなる構造の製作に全含浸を前述の方法で適用したも のに関するものであり、さらに後者の公報は、巻線導体の支持体による支持が、 全含浸により生ずる長所を充分利用しながらいかに実現され得るかについて言及 している。

大型発電機のコンポーネントを製作する際における全含浸法については、ドイツ 連邦共和国特許出願公開第３６３６００８号公報や米国特許第３９９００２９号 明細書にも記載されている。これらの文献も、勿論、巻線導体の構成に関するも のであるが、その絶縁スリーブは支持体に装着される際に既に含浸が完了してい るものである。

電気４１Ｉ！械の巻線要素及び巻線の製作に関して並びに電気的及び熱的に負荷 の大きい電気機械における絶縁については、バー・セクヴエンツ著の書籍「電気 機械の巻線の製作ｊ５シュプリンガー出版社、ウィーン及びニューヨーク、１９ ７３年においても言及されている。また電気機械の絶縁にとって非常に重要な材 料「雲母−１についＣの詳細な論述は、バー・ヴ工−・ロッター著「雲母及び雲 母製品−１、シーメンス、アクチェンゲゼルシャフト、ヘルリン及びミュンヘン １９８５年にも見られる。特にこの文献には、雲母薄片及び雲母粉末片を使用す る実際例が示されている。なおここで「雲母薄片」とは、大きな雲母結晶を剥離 することにより得られる雲母の薄片を意味するものとし、「雲母粉末片」とは特 に、雲母の微粉末からなる紙状の製品を意味するものとする。雲母薄片及びＳ母 粉末片は、ｊｒＩｗＬ、ガラス繊ＩＩＩ或いはプラス千ツク繊維等を基板とした 雲母製品からなる雲母テープとして使用される。第二の啓開文献によれは、雲母 粉末片は熱的にかつ電気的に負荷の大きい電気機械において絶縁を形成するのに 通した製品である。というのは、雲母薄片からなる絶縁は、そのばね作用に基づ き、そしてまた雲母薄片がさらに剥離する傾向にあることから、雲母粉末片より 中空室を作る傾向が遥に大きく、従って場合によっては絶縁中にコロナ放電を招 くことがあるからである。

強磁性で導電性の支持体と棒状導体とからなり、全含浸法で充填物を含浸し、上 述したように各棒状導体とこの導体が挿入される溝の少なくとも１つの溝壁との 間に隔離層を配置し、この隔離層をコロナ放電を回避するため電気的にシールド する構成は、国際出願公開第ＷＯ９１／１０５９号公報に既に示されている。

この隔離層は、充填材に濡れない物体の助けを借りて形成される。この種の物体 は繊維布曖いは箔を積層したもの或いは含浸したもので、必要に応して孔明は等 により充填材に対して透過性としたものである。隔離層のシールドを保証するた めに、隔離層は電気的に弱導電性の２つの層の間に置かれる。これらの層の電気 的接続は、隔離層を通して互いに接触することにより或いは弱導電性の２つの層 に接触する金属性の接触導体を使用することにより形成される。

この発明は、強ｏｌ性で４電性の支持体と、この支持体の溝に挿入されている巻 線要素とよりなる構造であって、全含浸法により充填材が含浸され（その際巻線 要素の絶縁スリーブは含浸されている）、かつ各巻線要素とこの巻線要素が挿入 されている溝の少なくとも１つの溝壁との間に充填材に対して透過性の隔離層が 設けられ、さらに各巻線要素の保護層と溝壁とが隔離層を通して互いに電気的に 接続され、その際前記含浸を妨げるような隔離材を使用する必要がなく、時とし てその中に生ずる渦流により局地的な温度上昇を招くことのあるような特別の金 属性接触導体を必要としないものを提供するというｔＪｌ、Ｂに基づいている。

この発明によれば、強磁性で導電性の支持体と、この支持体の溝に挿入される巻 線要素とよりなる構造であって、 ａ）各巻線要素が、それ自体弱導電性で含浸性の保護層により包まれている含浸 性の絶縁ス１１−ブで取り囲まれた良導電性の導体を含み、ｌ））各巻線要素と この巻線要素が挿入される溝の少なくとも１つの溝壁との間に含浸可能な隔離層 が配置され、 Ｃ）保護層と溝壁とが隔離層を通して互いに電気的に接続されているものにおい て、 ｄ）隔鯛層は　主として巻線要素と溝壁との間に平面状に存在する雲母薄片より なり、 ｅ）保２ｔｒ！ｉは多汐の弱導電性の橋絡片を介して溝壁に電気的に接続されて いることを特徴とする。

この発明は、１片の刊耐性を有利に利用することを特に可能にする。！母結晶、 従って雲母結晶かＣ・得られた雲母薄片は、その結晶構造に基づいて特別の剥耐 面てさらに７１Ｉ離する傾向がある。そしてその場合、雲母薄片は多数の、そし てそね２に応して厚さを減少した互いに重なる薄片に剥離する。この性質は、収 縮プロセスによるｉｌｌｌｌ酸形成中する領域をこの発明による構造の各溝中に 形成するために利用される。この構成の含浸性は雲母薄片の使用によっては妨げ られない。

全含浸の陛充シ！材は雲丹薄片間を通して流動し、或いは鱗状に重なり合う雲母 薄片の間の間隙を横切ることができる。

さらにこの発明は、時間的に変化する磁界によって溝内に生成される渦流を大幅 に防止する。というのは、良導電性の接触導体に代わって、隔離層を通して電気 的接続を形成する弱導電性の接触導体が使用されるからである。従って、この発 明による構成は、特に電気的に高効率の発電機の固定子を製作するのに好適であ る。このような発電機においては、支持体の溝内に発生する交番磁界がかなり大 きく、それ故良導電性の接触導体の使用はその中に生ずる高い渦流により不利で ある。

、二の発明による構成において雲母薄片は含浸可能な基板の上に或いはその中に 保持されるのがよい。含浸可能な紙成いは含浸可能な織物に雲母薄片を備えた雲 母ｔ５ｆｆいはテープが、場合によっては２つのこのような基板の間に雲母薄片 を挟んでなる製品が有効である。いずれの場合にも、基板としては弱導電性の織 物を使用するのがを利である。このような織物は種々の形状で提供される０例え ば、弱導電性のプラス千ツクからなり、導電性の顔料（例えば煤）を混合するこ とによって導電性となった織物或いは弱導電性のコーティングを持つ繊維によっ て形成される。

なお、ここで「電気的に弱伝導性（弱導電性）ｊという概念は、この発明におい ては、次のように理解されるべきである。即ち、平面的に広がった、薄い導電体 （笛或いは織物片）がその表面を流れるｉｉｔ流に対する抵抗に関する所謂「表 面比抵抗−１によって特徴付けられる。この表面比抵抗はこの導電体が成り立っ ている物体の比抵抗とその厚さの商に相当し、従ってその側面に対して垂直もし くは平行に電流が流れる方形の電気抵抗に等しい、他の形状に形成された平面体 の電電抵抗はその表面比抵抗をある因数で乗じたものに相当し、その場合この因 数は導電体の形状に関係し、特に導電体の広がりには依存しない、織物等の表面 比抵抗が発ＱＩＡにおける代表的なそしてそれ自体公知のコロナ放電保護装置の 表面比抵抗にほぼ等しい値を持っているときに、こΦ織物はこの発明の意味にお ける所謂「弱導電性ｊと見做されるべきである。特に、その表面比抵抗が２キロ オーム乃至１００キロオーム、より好ましくは５キロオーム乃至３０キロオーム の間にある導電性の織物が好適である。所謂「弱導電性」という特性表現は樹脂 含浸をした織物に間するものである。通常、樹脂含浸は織物の表面比抵抗を、そ の樹脂が含浸前に互いに接触していた繊維間に絶縁を形成することにより、著し く上昇させる、実際には樹脂含浸が４電性或いは弱導電性の織物の表面比抵抗を １０倍に上昇させることが示されている。

この発明による構造のいずれの構成においても保護層と溝壁とを接続する橋絡片 は弱導電性の織物で形成される０ｇ４えば、弱導電性のテープを隔離層を横切る ように通し、その結果テープが巻線要素の保護層にも溝壁にも接触するようにし て形成することができる。特に、隔離層に多数のスリットを設け、一本の弱導電 性の織物テープを巻線要素に沿ってこの隔離層のスリットに順次通して、テープ が断片的に交互に隔離層の両面にくるようにするのが良い、この場合の橋絡片は 従って隔Ｎ層を挿通するテープの断片である。

この発明による構造のその他の有利な構成は、弱導電性の織物からなる中間層を 隔離層と溝壁との間に挿入することである。このような中間層は溝の完全な内張 、即ち溝の両壁と底とを被覆するものである。しかしながら、場合によっては溝 壁のただ１面のみを被覆するだけで充分である。このような中間層はまた巻線要 素を支持体中に固定するのにも貢献する。即ち、中間層を挿入することによって 隔離層がある程度の粗面を形成し、隔離層に亀裂が生じた場合でもひょっとする と全溝を横断するような大面積の間隙が生ずることが回避されるからである。

このようにして隔離層においては亀裂が発生した場合でも巻線要素の位置固定が 達成され、有効である。

この発明においてその他の構成に無関係に中間層が設けられるときには、中間層 は隔離層の雲母薄片の基板として役立つ。従ってこの構成を構築する際に必要な コンポーネントの数が減少し、製造コストが下がる。

この発明による構造の有利な構成としては、場合によっては他の実施例に付は加 えることもできるが、各巻線要素をそれぞれ固有の隔離層で包囲することである 。この場合隔離層は溝に挿入前の巻線要素のｍ備の際に形成される。これにより 隔離層の溝への挿入が非常に簡単になる。溝に装着されるべきすべてのコンポー ス７トが、容易にかつ袂いスペース関係により何ら妨げられずに、巻線要素にそ の溝への挿入前に取り付けられるからである。各巻線要素の隔離層は巻線要素に 多数巻に巻回された雲母薄片を含むテープとするのが有利である。

弱導電性の橋絡片は、弱４電性の織物からなるテープで形成し、隔離層を形成す るテープと交互に上下するように巻線要素に巻回するようにして巻線要素に沿っ て固定するのが有利である。

さらに、隔離層によって包囲された巻線要素の上に弱導電性の織物の形の中間層 を付けるのが有効である６例えば、巻線要素の隔離層の上を弱導電性のテープで 巻回する。

この発明による構造はいかなる実施例においても、充填材、特にエポキシ樹脂も しくはエポキシ樹脂と話水酸化物との混合物で含浸した大型発電機の部分として 、特にその固定子として特に好適である。

充填材、特にエポキシ樹脂、エポキシ樹脂と無水酸化物との混合物或いはエポキ シ樹脂を基材とする他の調合材で含浸、硬化したこの発明による構造のいかなる 実施例も、各溝がその溝壁に対してほぼ平行な、そしてその強度が溝内の他の層 のそれより小さい少なくとも１つのシールドされた隔離層を備えることにより、 熱による収縮プロセスにより亀裂が生じても、その亀裂は優先的に隔離層に、し かも不利益な結果を伴うことなく生ずる点で特長を有する。

図に示した実施例を谷間してこの発明の詳細な説明する。この実施例は本発明に とって重要な特徴を浮き上がらすために一部簡略化して及び／或いは誇張して示 しである。

図４はこの発明の簡単な一実施例、 図２はこの発明の更に異なる一実施例、図３及び図４はこの発明の特に良好な実 施例において使用される巻線要素の異なる面を示す。

Ｕ！Ｊ１は、鋼板１６を互いに重ね合わせて形成された強磁性で導電性の支持体 ｌと、この支持体ｌの溝３に挿入されている２つの巻線要素２とよりなる構成の 断片を示す、溝３は＆＋１５で閉塞されている。各巻線要素２は良導電性の導体 ４を備えており、この導体４は絶縁スリーブ５によって囲まれ、この絶縁スリー ブ５はその上にテープを巻回してなる保護層６を備えている０図では各巻線要素 ２の導体４は単に素体として示されているが、大型発電機では、通常、各巻線要 素は多数の金属棒或いは金属線を備え、その中の少なくとも一部は流動性冷却媒 体、例えば空気、水素或いは水を通すために中空に形成されている。各巻線要素 ２の保護層６の上には隔離層８が巻回されている。この隔離層８は紙或いは繊維 からなる基板１１上に雲母薄片１０を存するテープで形成されている。なお、基 板ｌｌを図示するために隔Ｎ層８の雲母薄片ｌＯは省略されている。保護層６と １つの溝壁７との間の弱導電性の橋絡片９を形成するために、弱導電性のテープ １２が隔離層８とともに巻線要素２の上に、テープ１２が交互に隔離層８の上下 にくるように巻回されている。このようにしてテープ１２は保護層６にも溝壁７ にも接触する。テープ１２の隔離層８を挿通した部分が橋絡片９を形成する。図 示の例では各巻線要素２は隔離層８によって完全に取り囲まれているので、機械 的に強変の小さいこの発明による層は唯一っの溝壁７と巻線要素２との間だけで なく、各巻線要素２と溝壁７との間並びに下側の巻線要素２と溝底１４との間に も存在する。

図２は、支持体ｌとこの支持体ｌの溝３に挿入されている２つの巻線要素２とよ りなるこの発明による構成の他の実施例を示す。溝３は喫１５で閉塞されている 。各Ｓ線要素２は導体４、絶縁スリーブ５及び保護層６を備えており、隔離層８ によって取り囲まれている。溝壁７と巻線要素２との間には導電性、好ましくは 弱導電性織物からなる中間層１３が挿入されており、この中間層１３は上述した ように隔離層８の性質をさらに改善する。中間層１３はただ溝壁７を覆うように 図示されているが、Ｕ字形の中間層を使用して、溝の両壁７及びさらに溝底１４ を覆うようにすることも非常に容易に考えられ、場合によってはまたを効である 。

この発明による構成の特に有利な実施例は、図３の平面図及び図４の図３の面に 対する垂直方向の断面図に示されるように巻線要素２を構成することである。

皿ち、巻線要素２（この例ではバー巻線）は導体４、絶縁スリーブ５及び保護層 ６とを備え、隔ｔ！４層８により包囲されている。隔離層８自体は中間層１３に よって取り囲まれている。保護層６と中間層１３とを電気的に接続するために、 隔離層８にはスリット１７が設けられ、このスリットに弱導電性のテープ１２が 交互に隔離層８の上下にくるように挿通され、その結果テープは中間層１３にも 保護１６にも電気的に接触している。橋絡片９は、この子−プ１２のスリット１ ７を挿通する部分で形成される。この発明によれば、ただ図３及び図４に示され た構造を支持体に装着するだけでよい。支持体に挿入されるべきすべてのコンポ ーネントは巻線要素２と既に一体化されている。＃！！、Ｉ！スリーブ５、保護 層６、隔離層８そして中間層１３は、導体４上に場合によっては弱導電性及び／ 或いは雲母を含存するテープを順次巻回することにより作られることは容易に理 解される。このような可能性は既に図１及び図２から明らかであり、図３及び図 ４によ名構成に適用できることは自明である。

強磁性で導電性の支持体と巻線要素とからなるこの発明による構成は、そのいか なる実施構造も、大型電気機械、特に固定子のコンポーネントを製作するための 全含浸法の要件に、必要な製作コストの点でもまた運転条件の点に関しても特に 合致する。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．強磁性で導電性の支持体（１）と、この支持体（１）の溝（３）に挿入され る巻線要素（２）とよりなる構造であって、ａ）各巻線要素（２）が、それ自体 弱導電性で含浸性の保護層（６）により包まれている含浸性の絶縁スリーブ（５ ）で取り囲まれた良導電性の導体（４）を有し、 ｂ）各巻線要素（２）とこの巻線要素（２）が挿入される溝（３）の少なくとも １つの溝壁（７）との間に含浸可能な隔離層（８）が配置され、ｃ）保護層（６ ）と溝壁（７）とが隔離層（８）を通して互いに電気的に接続されているものに おいて、 ｄ）隔離層（８）は、主として巻線要素（２）と溝壁（７）との間に平面状に存 在する雲母薄片（１０）よりなり、 ｅ）保護層（６）は多数の弱導電性の橋絡片（９）を介して溝壁（７）に電気的 に接続されている ことを特徴とする支持体と巻線要素とからなる構造。
2. ２．雲母薄片（１０）が含浸可能な基板（１１）の上に或いはその中に保持され ている請求項１記載の構造。
3. ３．基板（１１）が弱導電性の織物である請求項２記載の構造。
4. ４．橋絡片（９）が弱導電性の織物からなる上記請求項の１つに記載の構造。
5. ５．橋絡片（９）が弱導電性の織物からなる少なくとも１つのテープ（１２）で 形成されており、そのテープ（１２）は隔離層（８）を数回にわたって押通して 保護層（６）にも溝壁（７）にも電気的に接続されている請求項４記載の構造。
6. ６．隔離層（８）と溝壁（７）との間に弱導電性の織物からなる中間層（１３） が挿入されている上記請求項の１つに記載の構造。
7. ７．中間層（１３）が溝壁（７）を覆っている請求項６記載の構造。
8. ８．隔離層（８）が中間層（１３）に固定されている請求項６または７記載の構 造。
9. ９．各巻線要素（２）が隔離層（８）によって包囲されていることを特徴とする 上記請求項の１つに記載の構造。
10. １０．各隔離層（８）が巻線要素（２）に多数回巻回されたテープである請求項 ９記載の構造。
11. １１．橋絡片（９）を形成するため、弱導電性の織物からなるテープ（１２）が 隔離層（８）と交互に上下になるように巻線要素（２）に取り付けられている請 求項１０記載の構造。
12. １２．各巻線要素（２）について隔離層（８）が弱導電性の織物からなる中間層
13. （１３）によって包囲されている請求項９ないし１１の１つに記載の構造。 １３．中間層（１３）が隔離層（８）の上に巻回された、弱導電性の織物からな るテープ（１２）である請求項１２記載の構造。
14. １４．各溝（３）が、溝壁（７）に対してほぼ平行な、電気的にシールドされ、 その強度が溝（３）内の他の層のそれより小さい、少なくとも１つの隔離層（８ ）を有する上記請求項の１つに記載の充填材、特に熱硬化性のエポキシ樹脂で含 浸される構造。
15. １５．充填材、特に熱硬化性のエポキシ樹脂で含浸され、大型発電機の一部、特 に固定子として使用される上記請求項の１つに記載の構造。