JPH0767302A

JPH0767302A - 回転電機巻線の絶縁処理方法

Info

Publication number: JPH0767302A
Application number: JP21113993A
Authority: JP
Inventors: Yuji Mizutani; 雄二水谷; Kazuhiro Ota; 和博太田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【構成】回転電機巻線からワニスが流失しない絶縁
処理方法を提供する。【効果】巻線の鉄心のスロット内ワニス充填率をほ
ぼ１００％にすることが可能で、その結果モータとして
運転したときの巻線の温度上昇を少なくすることができ
る。更に、巻線のコイルエンドに発生する加工傷のカバ
ー率を向上できることから耐環境性を大幅に向上するこ
とが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の固定子など
の巻線体に対する絶縁処理方法を改良した回転電機巻線
の絶縁処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器例えば回転電機においては、鉄
心に巻線を巻装してなる固定子にワニスを含浸させると
共に該ワニスを硬化させることにより、固定子に絶縁処
理を施し固定子の絶縁性，耐熱性，強度の向上などを図
ることが行われている。この場合、巻線の素線として例
えばエナメル線を巻回するものでは、エナメル線に規格
上許されたピンホールや、巻回作業中等にエナメル線に
加えられたストレスによりエナメル線の被膜に生じた傷
を絶縁ワニス被膜で完全に覆う必要がある。

【０００３】ところで、産業用回転電機においては、外
部の空気を回転電機内に吸入し、吸入した空気を巻線に
当てて冷却する構成のものが多い。このようなもので
は、外部の汚損物が巻線の表面に付着する。ここで、上
記絶縁処理が不完全な場合、例えば絶縁ワニス被膜で覆
われていないピンホールや被膜の損傷が存在すると、汚
損物の吸湿，塩分の潮解現象により巻線表面の絶縁抵抗
が著しく低下する。すると、回転電機の運転時にこの巻
線表面から鉄心（アース）向って表面トラッキングを発
生せしめ、対地或は巻線間が短絡して焼損事故に至るこ
とがある。

【０００４】これの対策として、従来より、巻線に特別
付着量の多いワニス処理を施す構成がある。この構成に
よれば、耐環境性効果も大きくなることから多く使用さ
れている。しかし、この構成では作業工数が多くなると
共に、作業に要する時間が長くなるという問題点があ
る。

【０００５】このような問題点を解消する構成として、
特願昭６０−５１７１０に記載されたものがある。これ
は、鉄心及び巻線からなる固定子をワニス中に浸漬する
と共に、巻線を通電加熱することにより、巻線から発生
する熱によりワニスを硬化させるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、鉄心のスロット内に収納された巻線から発
生する熱は鉄心に伝わって放熱されることから、鉄心の
スロット内の巻線の温度が巻線のコイルエンド部の温度
よりも低くなる。このため、コイルエンド部ではワニス
が厚く付着するのに対して、鉄心のスロット内では温度
が低いためにワニスがほとんどゲル化せず、後工程で行
う加熱硬化の際に更にワニスの粘度が低下してワニスが
鉄心のスロット内から流出し、スロット内に充填される
ワニスの量が少ないという欠点がある。スロット内のワ
ニスの充填量が少なくなると、巻線とスロットとの間に
空気が介在することから巻線の熱が鉄心に伝達され難く
なり、巻線の冷却性能が劣化するという不具合が生ず
る。

【０００７】これに対して、低温度で硬化が開始するワ
ニスを用いることが考えられるが、このようなワニスを
用いると、鉄心の内外周の表面にも多量のワニスが付着
し、この付着したワニスの除去作業を要する問題が生じ
る。このため、実際には、低温度で硬化が開始するワニ
スを用いることはできなかった。

【０００８】次に、２つ目の問題点について説明する。
通常通電ゲル法による処理は図６に示したように、巻線
（以下、巻線全体を示す時を巻線と言い、ワイヤー部を
指す時はコイルとして区別して言う）を固定子鉄心に組
込んだ固定子を回転軸と垂直（以下これを縦方向と言
う）になる方向でワニス８に浸漬する。

【０００９】縦方向にして浸漬する理由は、空気がワニ
ス８に比べて軽いため鉄心スロット内のコイル２ａ間の
空気はワニス８の進入により上昇して巻線１の外に流出
し、容易に鉄心スロット内の空気をワニス８で完全に充
填することが出来るためである。

【００１０】しかし、この様な方法で例えば、３０ｋＷ
モータの巻線を用いて製造すると、コイルエンドへのワ
ニス付着状態は図４に示したように上側になるコイルエ
ンド３に異常に多く付着し、下側となるとコイルエンド
４にはほとんど付着しない欠点を有することが判った。

【００１１】この様になる理由として次のことが考えら
れる。通電ゲル法はワニス中で巻線１を加熱するために
巻線１近傍のワニスも温度上昇することから、図６のＡ
からＢのように対流が起こる。この対流のために上側コ
イルエンド３の近傍および上側コイルエンド３自身も下
側コイルエンド４と比べるといずれも２０〜５０℃高く
なることが判った。この温度差により上側コイルエンド
３には異常に多くのワニスが反応して付着したものであ
る。

【００１２】更にもう一つ、図６の様に縦浸漬すると特
有の問題が生じる。その状態を図５に示したように、上
側コイルエンド３の先端にワニスが固まった鋭い刺１０
が生じる。この刺は硬く、尖っているため手を突いた
り、切傷させるほどである。

【００１３】この刺が発生する原因はやはり図６のＡか
らＢのワニスの対流でおこり、対流の方向に沿って時間
の経過と共に成長する。これらの問題を解決するために
は図８に示したようにモータの回転軸が水平になる方向
（以下、この方法を横浸漬と言う。）に浸漬すると、先
の問題が解決されることが実験により確認された。

【００１４】この理由は横浸漬ではワニスの対流距離が
短いことから、結果的に温度差がつき難い特徴を有し、
ワニスの部分的な付着量のばらつきはより少なくなる方
向になる。

【００１５】しかし、横浸漬では周知のように鉄心２の
両側からワニス８が侵入し、鉄心スロットの真ん中付近
に空気が残ってしまう。このように横浸漬で通電ゲル処
理された巻線では、通電ゲル法以外の方法で処理した巻
線と同じように鉄心スロット内コイルに熱伝導率の著し
く低い空気が存在するために、鉄心スロット内コイル→
対地絶縁物→鉄心→フレームと熱伝達する経路がたた
れ、通電ゲル法と言えども回転機巻線温度上昇を低減さ
せることが出来なくなる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１は、通電ゲル法
にて電流通電加熱した巻線をワニスに浸漬する際、傾斜
部を有する支持具により巻線を水平面に対し、５度〜２
５度（使用するワニスの粘度及び鉄心内のコイルの占積
率により使い分ける）傾斜させながら横方向浸漬する。
この時、更にその浸漬速度を１０〜３００mm／分（使用
するワニスの粘度及び鉄心内のコイルの占積率のコイル
の占積率により使い分ける）とする。

【００１７】請求項２は、通電ゲル法にて電流通電加熱
した巻線をワニスに浸漬する際、モータ固定子鉄心の内
径に合う直径を有するフッ素系樹脂で予め製作された円
板を１枚或いは複数枚を挿入して、巻線を支持する。こ
の際、必要により巻線と垂直方向つまり、水平方向から
特に上側コイルエンド部に電動エンペラーでワニスを流
動させる処理方法である。その他の条件は従来技術で示
した縦方向浸漬処理する方法である。

【００１８】請求項３は、請求項１乃至２で使用する
ワニスの粘度を３ポアズ〜３０ポアズとする処理方法で
ある。更に、必要によりワニスにはせん断速度が大きく
なると粘度が低下する揺変性（チクソトロピック性）を
有するものを使用することを特徴とする処理方法であ
る。

【００１９】

【作用】請求項１の作用について説明する。通電加熱法
により加熱された巻線を傾斜させてワニスに浸漬する
と、傾斜のためにワニスは最初下側のコイルエンドに接
触する。この時、巻線はゆっくりした速度で下降される
ため、ワニスは下側コイルエンド→鉄心スロット内コイ
ル→上側コイルエンドの順番に、巻線内に存在する空気
を押し出しながら巻線外に流出する。このために鉄心ス
ロット内に空気が残らず、熱通過率の高い巻線を提供で
きる。

【００２０】次に請求項２の作用について説明する。巻
線周辺のワニスは通電加熱による熱で下（Ａ）から上
（Ｂ）の方向に対流が起こる。この対流によって生じる
ＡとＢの距離の大きさにより決まる。つまり、流動距離
の大きい時ほど温度差はつき易い。この時、円板１４は
ワニス８の対流ＡからＢを防止できるために、上側コイ
ルエンド３に必要以上に多くのワニスが付着しない。

【００２１】更に請求項３の作用について説明する。第
３実施例で示した粘度条件はそれらを共通して適正化で
きる条件で、適度な表面付着量と鉄心スロット内含浸性
を得ることができるものである。

【００２２】

【実施例】本発明の第１実施例を３０ｋＷの三相誘導電
動機巻線を用いて説明する。図１に示したように巻線を
１０度の傾斜を持つ支持具に装填し、従来技術で示した
通電加熱法で加熱する。その後スロット内コイルの温度
上昇が飽和する２０分後にワニスに浸漬を開始する。こ
の時の浸漬速度は約５０mm／分で行う。コイルエンド近
傍のワニスが巻線の熱で硬化反応しゲル化する時間、こ
こでは２０分間浸漬後に取り出す。その後、熱風乾燥炉
で１５０℃で５時間加熱しワニスを硬化させる。

【００２３】（第２実施例）発明の第２実施例も３０ｋ
Ｗの三相誘導電動機巻線を用いて説明する。図３に示し
たように、４フッ化エチレン（商品名：テフロン）の板
を巻線の鉄心２の内径にはまるように円形１４に加工し
たものを、２枚巻線支持具１１に固定する。これを従来
技術で示したような方法で巻線に通電加熱する。それか
ら、スロット内コイル温度上昇が飽和する２０分後にワ
ニス８に浸漬を開始する。この時の浸漬速度は１００mm
／分で行う。

【００２４】浸漬中ワニスを（特に上側コイルエンド付
近を中心）電動エンペラーで撹拌した。浸漬時間はコイ
ルエンド近傍のワニスが巻線の熱で硬化反応しゲル化す
る時間、ここでは２０分間浸漬し取り出した。その後、
熱風乾燥炉で１５０℃で５時間加熱し硬化させる。この
ことも重要でコイルエンドにはある程度ワニスを付着さ
せなければならない。特に、開放形モータの場合は耐環
境性が問題になり、必要以上のワニスを付着させるとワ
ニスが断熱材となったり、通風口となるコイルエンドの
隙間が無くなり巻線の温度上昇が大きくなって、これも
問題である。第２実施例によれば、これらを容易に解決
することができる。

【００２５】（第３実施例）次に第３実施例を説明す
る。第３実施例は第１或いは第２実施例において、使用
するワニスの粘度に関するもので、ここでは１４ポアズ
で弱い揺変性（チクソトロピー）を有するワニスを用い
て行った。第１実施例から第３実施例の効果について説
明する。

【００２６】ワニスのコイル含浸性と付着性は（１）式
に示したように、ワニス自身の表面張力γ_L と塗布面つ
まりコイル（個体）とワニスとの接触角θ、更にワニス
の粘度（温度の関数）と幾何寸法であるコイル同志の空
間半径Ｒにより決まる。

【００２７】ｌ² ＝（Ｒ² ／４η）｛（２γ_L COSθ／Ｒ）＋Δｐ´｝ｔ……（１）ここで、η：粘度，γ_L ：ワニスの表面張力，ｔ：時
間，ｌ² ：含浸距離の２乗，θ：接触角，Δｐ´：外部
圧力，Ｒ：コイル同士の空間半径である。

【００２８】ワニスの表面張力は材料の種類と濃度，温
度等で決まり、界面活性剤等である程度向上させること
ができることは周知である。（１）式から含浸性を考え
るとワニスの表面張力が大きく、粘度が低く、接触角が
小さいものほど含浸性が良くなるのが判る。

【００２９】低粘度のワニスを通電ゲル法で処理すると
き、ワニスに浸漬中に巻線中のワニスを完全にゲル化で
きれば垂れ落ちることは無い。ところが完全にゲル化す
るには長時間かかることと、タンク内のワニスの温度が
必要以上に上昇し、タンクのワニス全体がゲル化してし
まうことがある。

【００３０】その為に、ある程度短い時間で巻線をワニ
スより引き上げなくてはならない。そうすると粘度の低
いワニスは加熱により更に粘度が低くなっているので、
保持力が弱く垂れ流れ、鉄心スロット外へ流出してしま
う。従って、含浸性から粘の上限と垂れ落ちの下限が必
要となってくる。

【００３１】ところで、この流出量はワニスの硬化反応
性にも依存し、流出を少なくするためにワニスの反応性
を上げるとワニスの充填率は格段に良くなるが、タンク
内のワニスの可使時間（一般的にポットライフと呼ばれ
るので以下そのように言う）が著しく短くなり、ワニス
の粘度上昇・ひどいときにはタンク全体固まる欠点があ
る。

【００３２】つまり、通電ゲルの処理条件・適用するワ
ニスにはそれぞれの相互作用が大きく影響しあうため組
み合わせで設定する必要がある。中でもワニスの粘度は
前述したように含浸性とそれを保持する量及び表面付着
量に大きく影響する。このようなことから本発明の粘度
範囲を選定することにより殆どのスロットの空間をワニ
スで充填することができ、又コイルエンドの付着量もほ
ぼ均一にすることが可能となった。この様に製作した巻
線を実際のモータに組み込み、定格負荷で運転した場合
と従来技術で製作した巻線を用いた場合と比較すると、
温度上昇値は本発明の方が８℃も低いことが判った。

【００３３】更に、この様にして製作した巻線絶縁の耐
環境性を調査するために、高湿度下（４０℃−９５％Ｒ
Ｈ）に長時間放置した時の対地絶縁抵抗（一般にメグと
言うため、以下メグと言う。）の変化を測定した結果を
図７に示した。図７から判るように、高湿度下のメグ特
性は本発明により大きく改善されることが判った。

【００３４】第２実施例で製作した巻線についても第１
実施例と同じようにテストしたが、どちらとも遜色無く
ほぼ同等の特性で製作できることが判った。上記実施例
では通電加熱の電源を三相交流電圧を用いて説明した
が、直流或いは商用電源周波数以上の高い周波数電源で
も同様の効果をもたらすものである。又、温度制御のた
めの温度センサーは接触式を用いて説明したが、巻線抵
抗やインピーダンスを測定し、この値の変化により温度
制御したり、或いは放射温度計などでも非接触で同様の
効果をもたらすことが可能である。又、ワニスはエポキ
シ樹脂に限らず、アクリル系樹脂など多くの樹脂におい
ても可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば巻線の鉄心のスロット内
ワニス充填率をほぼ１００％にすることが可能で、その
結果モータとして運転したときの巻線の温度上昇を少な
くすることができる。更に、巻線のコイルエンドに発生
する加工傷のカバー率を向上できることから耐環境性を
大幅に向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による通電ゲルをワニス処理の状況図、

【図２】従来技術による通電ゲル法で縦方向浸漬してい
る状況図、

【図３】本発明によるワニスの対流を防止するための円
板付き巻線支持具、

【図４】従来の通電ゲル法による巻線へのワニスの付着
状態説明図、

【図５】従来の通電ゲル法によるコイルエンドへのワニ
スの付着状態（刺状の突起ができる）説明図、

【図６】従来の図１相当図、

【図７】従来技術と本発明による巻線の耐環境特性（メ
グ）を比較図、

【図８】従来技術で通電ゲル法を横方向浸漬している状
況図。

【符号の説明】

１：巻線、２：鉄心、２ａ：ス
ロット、８：ワニス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄心スロット内に巻線を納めて固定子を
形成して前記巻線に「入り、切り」可能の電源を接続
し、含浸用ワニス或いはレジンに前記固定子を浸漬させ
巻線各部周辺のワニスをゲル化或いは硬化させる回転電
機巻線の絶縁処理方法において、前記固定子をモータの
回転軸に対し、５〜２５度に傾斜させながら巻線をワニ
スに浸漬し、この時の浸漬速度を１０〜３００mm／分と
することを特徴とした回転電機巻線の絶縁処理方法。
【請求項２】鉄心スロット内に巻線を納めて固定子を
形成して前記巻線に「入り、切り」可能の電源を接続
し、含浸用ワニス或いはレジンに前記固定子を浸漬させ
巻線各部周辺のワニスをゲル化或いは硬化させる回転電
機巻線の絶縁処理方法において、前記固定子支持方向が
モータの回転軸に対し垂直に浸漬する処理方法で、フッ
素系樹脂材料製の円板を巻線鉄心の内径に１枚或いは複
数枚装填可能な支持具を用いて処理し、更に上側になる
コイルエンド部のワニスを撹拌・流動させることを特徴
とした回転電機巻線の絶縁処理方法。
【請求項３】ワニスの粘度が３ポアズ〜３０ポアズ
で、揺変性を有する請求項１乃至２記載の回転電機巻線
の絶縁処理方法。