JPH1028345A - 高圧回転機固定子絶縁コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】固定子絶縁コイルの熱伝導性を改善した冷却性
能の優れた全含浸絶縁方式の高圧回転機固定子絶縁コイ
ルを提供する。 【解決手段】エンド部の絶縁コイル８ａを構成する絶縁
保護層９ａに、アルミナシリケートのセラミックス繊維
からなる不織布テープ、又はガラス繊維を平織したテー
プを巻回して構成した未含浸の絶縁コイルに、粒径１０
μｍの結晶性シリカを１０％重量比混合したエポキシ樹
脂と酸無水物硬化剤とからなる含浸樹脂を全含浸して固
定子絶縁コイルを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転電機の絶縁
コイル、特に鉄心のスロット内に収納した固定子絶縁コ
イルに含浸樹脂を全含浸して得られる高圧回転機固定子
絶縁コイルの絶縁構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５及び図６は従来の高圧回転機固定子
絶縁コイルの絶縁構成であり、図５は鉄心のスロット部
の絶縁コイルの絶縁構成で（ａ）は縦断面図、（ｂ）は
（ａ）のＰ矢視の拡大図、図６はエンド部の絶縁コイル
の縦断面図である。発電機及び誘導電動機などの高圧回
転機固定子絶縁コイルの絶縁方式には、コイル単体絶縁
方式と、未含浸の絶縁コイルを鉄心に挿入して樹脂含浸
にて絶縁する全含浸絶縁方式の二通りがある。後者の全
含浸絶縁方式は、未含浸の絶縁コイルと鉄心とを含浸樹
脂にて一体に含浸し硬化する方式であるので、前記した
コイル単体絶縁方式と比して製造工数が低減できること
から、最近の高圧回転機固定子絶縁コイルでは、小形の
誘導電動機から大形のタービン発電機まで幅広く採用さ
れている。

【０００３】前記の全含浸絶縁方式による固定子絶縁コ
イルは次のようにして製作される。まず、図５の（ａ）
に示すように、素線導体を複数層巻回して構成した素線
導体束１に、マイカ箔あるいは集成マイカにガラス繊維
等からなる織布あるいはフイルム基材を少量の接着材で
貼合わせて構成したドライタイプのマイカ絶縁テープを
巻回して未含浸の主絶縁層２を形成し、この主絶縁層２
の外周に鉄心３のスロット４の軸方向長とほぼ同じ範囲
に半導電性不織布，半導電性フイルム，あるいは半導電
性ガラスクロス等の半導電性テープを巻回して表面コロ
ナ防止層５を設けたスロット部の絶縁コイル６と、図６
に示すように、前記表面コロナ防止層５の両端部の前記
鉄心３のスロット４外のコイルエンド部の外周にＳｉＣ
等を含有する半導電性テープを巻回してエンドコロナ防
止層７を設けたエンド部の絶縁コイル８とを構成して未
含浸の固定子絶縁コイルを作成する。なお、上記のエン
ド部の絶縁コイル８のエンドコロナ防止層７の外周には
熱収縮テープ及びフイルムテープ、あるいはこれらの貼
り合わせテープが巻回されてエンド部８の主絶縁層２及
びエンド部コロナ防止層７の膨らみの押さえ、及び樹脂
含浸後の含浸樹脂の漏洩防止のための絶縁保護層９を設
けてある。

【０００４】次に、前記したスロット部の絶縁コイル６
を鉄心スロット４内に挿入する。この際に鉄心スロット
４の底部には挿入される絶縁コイルの機械的損傷を防止
するために、ガラスエポキシ積層板等からなるスロット
底絶縁材１０が設置され、また、絶縁コイル６と鉄心３
とを導電接触し、かつ鉄心ロット４内への挿着時に主絶
縁層２の損傷を防止するために、半導電性不織布，又は
半導電性グラフアイトペーパ等からなる半導電性すべり
材１１が鉄心スロット４の形状に沿うようにＵ字状に配
置される。鉄心スロット４内への絶縁コイル６の挿着
は、まずスロット４の底に位置する下コイルの絶縁コイ
ル６ａが挿入され、この下コイル６ａと所定の絶縁寸法
を維持するためにガラスエポキシ積層板等からなる層間
絶縁１２を介して上コイルの絶縁コイル６ｂが挿着され
る。そして、前記上コイル６ｂのスロット開口部４ａ側
には、樹脂含浸後のスロット部の絶縁コイル６が運転中
に鉄心スロット４内で振動するのを防止するためにガラ
スエポキシ積層板等の楔１３が前記スロット開口部４ａ
の鉄心３の溝に配置され、前記楔１３と同質の材料から
なる楔下１４にて前記絶縁コイル６の緩みを調節しなが
強固に鉄心スロット４内に装着させる。

【０００５】次に、前記のようにして鉄心スロット内４
に収納されたスロット部の絶縁コイル６とエンド部の絶
縁コイル８とを、鉄心３ととも樹脂含浸槽内に設置し
て、エポキシ樹脂，ボリイミド樹脂，シリコーン樹脂又
はポリエステル樹脂等の熱硬化樹脂を真空，加圧含浸し
て、その後硬化炉に設置して加熱硬化して含浸樹脂にて
充填された固定子絶縁コイルが作製される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記したように全含浸
絶縁コイル方式により製作された固定子絶縁コイルは、
コイル単体絶縁方式によるものと比べて、鉄心３とスロ
ット部の絶縁コイル６及びエンド部の絶縁コイル８とが
含浸樹脂にて一体化された構造となるために、回転機の
運転時の素線導体束１から発生するジュール熱を鉄心３
へ放熱する熱伝達率が良好で冷却効率の良い絶縁構成と
することができる。しかしながら、鉄心スロット４内に
収納されている熱伝導率が大きい無機質からなるマイカ
テープを主体とした主絶縁層２からなる樹脂含浸された
スロット部の絶縁コイル６の周辺には、前記したように
ガラス基材を一部使用しているが有機材料を主体とした
半導電性すべり１１と、スロット底絶縁１０，層間絶縁
１２，楔１３及び楔下１４からなる副絶縁材料が配置さ
れており、これらの構成材料の熱伝導率の値が前記した
主絶縁層２の値より劣るために絶縁コイル６から鉄心３
への熱伝達を阻害し、冷却効率を低下させる要因となっ
ているという問題がある。また、図５の（ｂ）に示すよ
うに（図５の（ａ）のＰ矢視図）、この全含浸絶縁方式
での含浸樹脂の真空加圧含浸によっても絶縁コイル６と
鉄心スロット４の角部及び副絶縁材料との境界部に、含
浸樹脂１５の加熱硬化時の漏れ等により微小な空隙１６
が発生する場合があり、この空隙１６の存在も絶縁コイ
ル６の冷却性能の低下の原因となっている。

【０００７】また、図６に示すように、エンド部の絶縁
コイル８は、鉄心３のスロット４外の外気に直接露出し
て形成されているので、絶縁層２の冷却性能は前記のス
ロット部の絶縁コイル６より劣る。また、含浸した含浸
樹脂は加熱硬化時に絶縁コイル８の外部に漏洩して絶縁
保護層９の内部及びエンドコロナ防止層７との界面に空
隙１６ａ及び１６ｂが形成され易く、これらの空隙１６
ａ，１６ｂの存在は、更に絶縁層２の熱伝達率を悪くす
る。したがって、高圧回転機の小形化あるいは容量アッ
プを図った高信頼化された高圧回転機を得るためには、
前記した従来の全含浸絶縁方式での絶縁構成を改良した
冷却効率を更に向上した固定子絶縁コイルとすることが
必要となってくる。

【０００８】この発明の課題は、前記の課題を解決して
固定子絶縁コイルの熱伝導性を改善した冷却性能の優れ
た全含浸絶縁方式の高圧回転機固定子絶縁コイルを提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、全含浸絶縁方式からなる前記高圧
回転機固定子絶縁コイルにおいて、無機充填剤を含有し
た含浸樹脂を未含浸の絶縁コイルに真空加圧含浸して固
定子絶縁コイルを構成するようにする。これにより、絶
縁テープを巻回して構成した未含浸の絶縁コイルの主絶
縁層内、及び絶縁コイルと鉄心間に無機充填剤と共に樹
脂が含浸されるので、加熱硬化時に漏洩することなく熱
伝導性の良好な無機充填剤が充填された絶縁層が形成さ
れ、絶縁コイルの冷却性能の優れた固定子絶縁コイルを
得ることができる。

【００１０】そして、前記した含浸樹脂に含有する無機
充填剤が粒径１０μm 以下であるものを用いることによ
り、コイル絶縁層の層間及び前記した絶縁コイルと副材
料及び鉄心間に形成される微小な空隙部にも充填される
ので、絶縁コイルの熱伝導率をより向上した緻密な絶縁
層を得ることができる。

【００１１】更に、未含浸の絶縁コイルのエンドコロナ
防止層の外周に、無機繊維からなる織布又は不織布のい
ずれかを巻回して保護絶縁層を構成することにより、こ
の保護絶縁層が含浸された含浸樹脂の無機充填剤を捕捉
するので、含浸された樹脂の漏洩防止とエンド部の絶縁
コイルの絶縁層が良熱伝導性の無機充填剤を含有した空
隙部のない緻密な固定子絶縁コイルを形成することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１及び図２は、この発明の実施の
形態からなる高圧回転機固定子絶縁コイルのエンド部の
構成図であり、図１は前記した図６のI −I 断面図に相
当するエンド部の絶縁コイルの断面図、図２は前記した
図５の（ｂ）に相当するスロット部の絶縁コイルの部分
断面図である。この発明の実施の形態での高圧回転機固
定子絶縁コイルの全含浸絶縁に用いられる含浸樹脂は、
エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤とを配合した樹脂を用い
て、この樹脂に粒径１０μｍの結晶性シリカを１０％重
量比混合して作製した。

【００１３】なお、この発明からなる含浸樹脂に含有さ
れる無機充填剤は、樹脂９９〜６０重量％に対して１〜
４０重量％の範囲が好ましく、また、前記した結晶性シ
リカの他に、水酸化アルミニウム，焼成アルミナ，溶融
シリカ，ケイ酸カルシュウム，水酸化カルシュウム，窒
化硼素系のボロンナイトライト，窒化珪素、タルク，ク
レー，マイカ，ガラス又はガラスビーズ等の球状あるい
は偏平状のもの、及びホウ酸アルミニウム，チタン酸カ
リウム，バリウム類のウイスカー類をも適用することが
できる。これらの無機充填剤の粒径は、粒径が大きい場
合には、含浸時に絶縁コイルの絶縁層内に微小空隙を形
成し易く、また、非常に小さな粒径の場合には重量に対
してかさ比重が小さいので含浸樹脂の粘度が大きくなる
ので、粒径１０μｍ以下の無機充填剤を用いのが好まし
い。さらに、前記した無機充填剤にカップリング剤や界
面活性剤などで表面処理を施すことにより、含浸樹脂と
の接着性が向上した剪断接着力の優れた固定子絶縁コイ
ルを得ることができる。

【００１４】また、固定子絶縁コイルの構成は、スロッ
ト部は従来の図５に示した絶縁構成と同じであるが、エ
ンド部の絶縁コイル８ａが、図１に示すように従来の図
６のエンドコロナ防止層７の外周に巻回して形成した絶
縁保護層９を、無機短繊維からなる織布、又は不織布か
ら構成された薄いマット状のテープを巻回して構成して
ある。この発明からなる絶縁保護層９ａを構成する無機
短繊維は、ガラス繊維及びアルミナ、アルミナシリケー
ト又はこれらの混抄からなるセラミックス繊維や、巻回
作業性の改良及び含浸樹脂の含浸後の加熱硬化時に収縮
してエンド部の絶縁コイル８ａを緻密構造とするため
に、前記した無機短繊維とポリエステル等の有機系の長
短繊維との混抄からなる織布、又は不織布からなるテー
プをも適用することができる。この発明の実施の形態で
は、前記した絶縁保護層９ａとして、アルミナシリケー
トのセラミックス繊維からなる不織布テープ、又はガラ
ス繊維を平織したテープを用いた。

【００１５】前記した絶縁構成からなる未含浸の絶縁コ
イルを、図５のようにモデル鉄心３ａのスロット４内に
表面コロナ防止層５及びスロット底絶縁１０，層間絶縁
１２，楔１３及び楔下１４からなる副絶縁材料と共に挿
着固定して、鉄心３と一体に樹脂含浸層内に設置して、
前記した粒径１０μm の結晶性シリカを含有した含浸樹
脂を真空加圧含浸した後に硬化炉にて加熱硬化して全含
浸により固定子絶縁コイルを作製した。

【００１６】図３及び図４に、定格電圧１１ｋｖ級の前
記したこの発明の実施の形態からなる絶縁構成での全含
浸絶縁方式により作製した固定子絶縁コイルの通電によ
るスロット部の絶縁コイル６及びエンド部の絶縁コイル
８ａの絶縁層の温度上昇の経時変化をそれぞれ示す。温
度上昇の測定は、素線導体束１に直流大電流を通電し素
線導体束１及びスロット部の絶縁コイル６ｂ（図５参
照）の頭部の絶縁層表面、及び前記のスロット部の絶縁
コイル６ｂに相当するエンド部の絶縁コイル８ａの絶縁
保護層９ａの表面にそれぞれ熱電対を取り付けて測定し
た。

【００１７】図３及び図４には、従来の絶縁構成による
全含浸絶縁方式Ａを比較して示したが、この従来の全含
浸絶縁方式Ａは、エンド部のコイル絶縁の保護絶縁層９
にフイルムテープを用いた未含浸の絶縁コイルに、無機
充填剤を配合しないエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤から
なる従来の含浸樹脂を全含浸して作製したものである。
そしてこの発明からなる全含浸絶縁方式Ｂは、エンド部
の絶縁コイル８ａの絶縁保護層９ａをアルミナシリケー
トのセラミックス繊維からなる不織布テープを巻回して
構成した未含浸の絶縁コイルに、前記した結晶性シリカ
を配合した含浸樹脂を全含浸したものであり、また全含
浸絶縁方式Ｃは、エンド部の絶縁コイル８ａの絶縁保護
層９ａをガラス繊維を平織したテープを巻回して構成し
た未含浸の絶縁コイルに、前記した全含浸絶縁方式Ｂと
同様の含浸樹脂を全含浸したものである。図３には素線
導体束１の温度上昇Ｄをも併記してあるが、前記した従
来の絶縁構成による全含浸絶縁方式Ａに比べて、この発
明の全含浸絶縁方式Ｂ及びＣのコイル絶縁層の温度上昇
は小さく、絶縁コイルの熱伝導性が改善されていること
が分かる。

【００１８】この発明の実施の形態からなる前記全含浸
絶縁方式Ｂ及びＣの絶縁コイルを切断して断面観察をす
ると、図２に示すように、前記した従来の含浸樹脂によ
り全含浸したスロット部の絶縁コイル６内に形成された
空隙１６（図５の（ｂ）参照）は、この含浸樹脂の結晶
性シリカを多く含有した硬化樹脂１７で充填された空隙
のない緻密な絶縁構成となっている。また、図１に示し
た絶縁保護層９ａには、アルミナシリケートのセラミッ
クス繊維からなる不織布テープ、又はガラス繊維を平織
したテープの無機充填剤を捕捉する捕捉効果により、結
晶性シリカの充填率が高い絶縁層を形成しており、前記
した従来方式による図６に示した空隙１６ａ及び１６ｂ
のない高熱伝導性を有する固定子絶縁コイルを形成して
いる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明においては、全
含浸絶縁方式からなる高圧回転機固定子絶縁コイルにお
いて、未含浸の絶縁コイルに無機充填剤、特に粒径が１
０μm以下のものを含有した含浸樹脂を真空加圧含浸し
て構成することにより、絶縁コイルの主絶縁層内、及び
絶縁コイルと鉄心間に無機充填剤と共に樹脂が含浸さ
れ、含浸後の加熱硬化過程において含浸された樹脂が漏
洩することなく無機充填剤が充填された緻密な熱伝導性
の良好な絶縁層が形成された絶縁コイルの冷却性能の優
れた固定子絶縁コイルが得られる。

【００２０】更に、前記した無機充填剤の含有する含浸
樹脂による全含浸絶縁方式において、未含浸の絶縁コイ
ルのエンドコロナ防止層の外周に形成される絶縁保護層
を、無機繊維からなる織布又は不織布を巻回して構成す
ることにより、この絶縁保護層内に含浸された前記含浸
樹脂の無機充填剤の捕捉効果により、絶縁コイルの絶縁
層が良熱伝導性の無機充填剤を含有した空隙部のないエ
ンド部の絶縁コイルを形成するので、固定子絶縁コイル
の冷却性能を更に向上させることができる。これによ
り、従来の絶縁方式に比して、冷却効率が改善されるこ
とにより回転電機の小形化，容量の増大を達成すること
ができ、前記した小形化による安価で設置スペースの縮
小化を図った回転機を提供することができるという経済
的効果も得られる。また、回転機の絶縁コイルに加わる
温度ストレスが低減することから、信頼性の高い長寿命
な高圧回転機固定子絶縁コイルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態からなる高圧回転機固定
子絶縁コイルのエンド部の構成図である。

【図２】この発明の実施の形態からなる含浸樹脂による
全含浸後のスロット部の絶縁コイルの部分断面図であ
る。

【図３】モデル鉄心による全含浸絶縁コイルのスロット
部の絶縁層の通電時における温度上昇の経時変化を表す
特性図である。

【図４】モデル鉄心による全含浸絶縁コイルのエンド部
の絶縁層の通電時における温度上昇の経時変化を表す特
性図である。

【図５】従来の高圧回転機固定子絶縁コイルのスロット
部の絶縁構成を示すもので、（ａ）は縦断面図であり、
（ｂ）は（ａ）のＰ矢視図である。

【図６】従来の高圧回転機固定子絶縁コイルのエンド部
の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 素線導体束 ２ 主絶縁層 ６ スロット部の絶縁コイル ７ エンドコロナ防止層 ８ エンド部の絶縁コイル ８ａ エンド部の絶縁コイル ９ａ 絶縁保護層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素線導体束上にマイカテープを複数層巻回
   して構成された主絶縁層と、この主絶縁層の外周に巻回
   された半導電性テープからなる表面コロナ防止層と、こ
   の表面コロナ防止層の両端部に設けたエンドコロナ防止
   層とからなる未含浸の絶縁コイルを、鉄心のスロット内
   に導電接触する半導電性すべりと、絶縁固定するスロッ
   ト底絶縁，層間絶縁，楔及び楔下からなる副絶縁材料と
   を介して前記鉄心スロット内に収納して、この鉄心とと
   もに樹脂含浸槽内で含浸樹脂を真空加圧含浸して、その
   後硬化炉にて加熱硬化してなる高圧回転機固定子絶縁コ
   イルにおいて、無機充填剤を含有した含浸樹脂を未含浸
   の絶縁コイルに含浸し加熱硬化して固定子絶縁コイルを
   構成したことを特徴とする高圧回転機固定子絶縁コイ
   ル。
2. 【請求項２】請求項１に記載の高圧回転機固定子絶縁コ
   イルにおいて、含浸樹脂に含有する無機充填剤が粒径１
   ０μm 以下であることを特徴とする高圧回転機固定子絶
   縁コイル。
3. 【請求項３】請求項１に記載の高圧回転機固定子絶縁コ
   イルにおいて、未含浸の絶縁コイルのエンドコロナ防止
   層の外周に巻回される絶縁保護層を、真空加圧含浸され
   る含浸樹脂の無機充填剤を捕捉する無機繊維からなる織
   布又は不織布のいずれかを巻回して構成したことを特徴
   とする高圧回転機固定子絶縁コイル。