JPWO2019077793A1 - 固定子コイルの絶縁被覆材およびそれを用いた回転機 - Google Patents

Abstract

高熱伝導化および高耐電圧化の両立を目的とした固定子コイルの絶縁被覆材（６）であって、この絶縁被覆材（６）はマイカを含むマイカ層（７）と、このマイカ層（７）に積層され、フィラー粒子（１０）および補強材（１１）を含む補強層（８）とで構成されており、フィラー粒子（１０）は、平均粒径が１μｍ以上の核粒子（１３）と、この核粒子（１３）の表面に固定された平均粒径が３００ｎｍ以下の複数の微粒子（１４）とで構成された複合粒子である。

Description

この発明は、回転機の固定子コイルに用いる絶縁被覆材、およびそれを用いた回転機に関する。

タービン発電機などに用いられる大型の回転機は、固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に収納された固定子コイルを有する。固定子コイルは、コイル導体とその周囲に巻かれた絶縁被覆材から構成される。この絶縁被覆材の形成方法としては、マイカシートにガラスクロスなどの繊維補強材を貼り合わせた絶縁テープをコイル導体に複数回巻きつけ、低粘度の液状熱硬化性樹脂組成物（絶縁ワニス）を減圧下で含浸させた後に加熱プレスする方法（真空加圧含浸方法）や、絶縁テープに半硬化状態の樹脂を配置し、このテープをコイル導体に巻き付けた後に加熱プレスする方法（レジンリッチ法）などが一般的にもちいられている。

大型の回転機においては、固定子コイルは、スロット内で上下２段に収納されており、これらの固定子コイル間にスペーサーを挿入すると共に、スロットの開口端部に固定子コイルを固定するためのウェッジを挿入することにより、回転機の運転時に固定子コイルから発生する電磁振動を抑制している。

このような回転機においては、運転時にコイル導体を流れる電流によって固定子コイルが発熱する。この発熱によって固定子コイルの温度が上昇すると、銅などの金属で構成されたコイル導体の熱膨張、絶縁被覆材に含まれる樹脂成分の熱劣化などによって、固定子コイルの絶縁性が低下する恐れがある。

温度上昇を抑制するために、コイル導体で発生した熱を絶縁被覆材を経由させて固定子鉄心や周辺の外気へ放熱している。この伝熱経路において、絶縁被覆材の熱伝導率はコイル導体や固定子鉄心など他の材料の熱伝導率に比べて非常に小さいため、絶縁被覆材の熱伝導率を増加させることは冷却性能の向上に大きな効果がある。とくにタービン発電機など大きな電流が流れる回転機では水直接冷却方式や水素間接冷却方式などの強制冷却方式が採用されており、固定子コイルの絶縁被覆材の熱伝導率を高めることが強く望まれている。

近年、回転機の更なる小型化・高出力化の要求が強まり、コイル導体を流れる電流の電流密度の増大が必要となっている。それに伴って、固定子コイルの絶縁被覆材には熱伝導性能の向上に加えて、耐電圧性能の向上も望まれている。

従来の固定子コイルの絶縁被覆材として、マイカ層と、該マイカ層上に積層されフィラー粒子および繊維補強材を含む補強層と、該補強層上に積層されたセルロース誘導体層とで構成された絶縁被覆材が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、別の固定子コイルの絶縁被覆材として、マイカ層とフィラー粒子を含むフィラー層とで構成された絶縁被覆材において、フィラー粒子として鱗片状の六方晶窒化ホウ素フィラー粒子を用いたものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開ＷＯ２０１５／１１４９０７号パンフレット（５頁、図１） 特開２０１２−１７５７９９号公報（３−４頁、図３）

このような、従来の絶縁被覆材の構成では高熱伝導性は得られるが、耐電圧性能という観点からは改良が必要であった。従来の絶縁被覆材を備えた固定子コイルを用いた回転機を数年以上の長期間に渡って使用した場合、絶縁被覆材の内部では高電界ストレス下において部分放電が繰り返し発生し、その部分放電による樹脂の熱分解に伴うボイドが発生、拡大することで絶縁被覆材の絶縁破壊につながることが知られている。さらには、固体絶縁材料に高電圧が印加されたときに内部に生じる部分的な放電進展現象（電気トリーと呼ばれる）があり、部分放電とともに絶縁破壊の前駆現象として知られている。

従来の絶縁被覆材の構成においては、電気トリーの発生を抑制することができず、耐電圧性能の向上が困難であった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、固定子コイルの絶縁被覆材の高熱伝導化および高耐電圧化の両立を目的とする。

この発明に係る固定子コイルの絶縁被覆材においては、マイカを含むマイカ層と、このマイカ層に積層され、フィラー粒子および補強材を含む補強層とを有し、フィラー粒子を、平均粒径が１μｍ以上の核粒子と、この核粒子の表面に固定された平均粒径が３００ｎｍ以下の複数の微粒子とで構成した複合粒子としたものである。

この発明は、補強層のフィラー粒子として、核粒子とこの核粒子の表面に固定された複数の微粒子とで構成した複合粒子を用いているので、固定子コイルの絶縁被覆材の高熱伝導化と高耐電圧化との両立を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る回転機の模式図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子コイルの絶縁被覆材の断面模式図である。 この発明の実施の形態１に係るフィラー粒子の模式図である。 この発明の実施の形態３に係る回転機の模式図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る回転機の固定子の一部を拡大して示した模式図である。図１において、回転機の固定子は、固定子鉄心１のスロット２の内部に固定子コイル３が２段に収納されている。この２段の固定子コイル３の間にはスペーサーが挿入されており（図示せず）、スロット２の開口端部には、固定子コイル３を固定するためのウェッジ４が挿入されている。このウェッジ４は、回転機の運転時に固定子コイル３から発生する電磁振動を抑制する効果がある。

固定子コイル３は、コイル導体５とこのコイル導体５の外周部に巻きまわされた絶縁被覆材６とで構成されている。コイル導体５は、例えば銅、アルミニウム、銀などの素線を用いることができる。

図２は、本実施の形態における絶縁被覆材６の断面模式図である。図２に示すように、本実施の形態の絶縁被覆材６は、マイカ層７とこのマイカ層に積層された補強層８とで構成されている。マイカ層７および補強層８は、絶縁性の樹脂材料１２が充填されている。

マイカ層７は、マイカ粒子９で構成されている。マイカ粒子９としては、鱗片状のマイカである、例えば層状ケイ酸縁鉱物である硬質マイカあるいは軟質マイカを用いることができる。また、マイカ粒子９の形態としては、ブロックマイカ、はがしマイカ、集成マイカなどが挙げられる。この中でも、厚さが均一で、経済的利点のある集成マイカを用いることが好ましい。

マイカ層７は、鱗片状のマイカ粒子９の平坦面が、マイカ層の厚み方向に積層されて構成されている。これらのマイカ粒子は、積層する粒子同士が重なり合ったり、面方向に粒子同士がずれたりして存在している。

マイカ層７の密度は、マイカ層１ｍ^２当たり１００〜２００ｇであることが望ましい。この範囲であれば耐電圧性能とマイカ層の膜厚とのバランスがよく、電気絶縁性とコイル導体の周囲に絶縁被覆材を形成する作業性とが両立する。

これらのマイカ粒子は、水粉砕、せん断粉砕などによって、マイカの原鉱を微細化して得られる。マイカ粒子の平均粒径は、５０〜８００μｍであることが望ましい。ここでマイカ粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計で測定することができる。また、鱗片状のマイカ粒子の厚みは、３０μｍ以下であることが望ましく、とくに１５μｍ以下であることが望ましい。

補強層８は、マイカ層７に積層されており、絶縁被覆材６の強度保持やコイル導体５の外周部に絶縁被覆材６を巻きまわす工程における作業性向上のために設けられている。補強層８は、フィラー粒子１０および補強材１１で構成されている。

補強材１１としては、繊維状の材料あるいはフィルム状の材料を用いることができる。繊維状の材料としては、例えばガラス繊維、アルミナ繊維、ポリアミド繊維などを用いることができる。フィルム状の材料としては、例えばポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルムなどを用いることができる。これらのなかでもガラス繊維が特性、価格の観点から優れている。ガラス繊維は、樹脂との接着性の改善のために表面をカップリング処理したものがあるが、この処理によりガラス繊維そのものの強度が低下する傾向があるため、未処理であることが好ましい。また未処理の場合は、ガラス繊維を製造する過程において、でん粉やスターチなどが付着し、これらの付着物は樹脂との接着性低下の原因となる。したがって、それらの付着物の重量はガラス繊維重量の３％以下であることが好ましい。上記の付着重量率はガラス繊維を９００℃で３０時間加熱した場合の重量減少として見積もることができる。付着重量率が３％を超えると、経年使用において樹脂とガラス繊維との間に剥離が発生し絶縁性能が低下する。

フィラー粒子１０は、補強材１１の隙間に保持される。補強材１１が繊維状の材料である場合は、その繊維の間に保持され、補強材１１がフィルム状の材料である場合は、フィルムの層間に保持される。

図３は、本実施の形態におけるフィラー粒子１０の模式図である。フィラー粒子１０は、粒径が１μｍ以上の核粒子１３と、この核粒子１３の表面に固定された平均粒径が３００ｎｍ以下の複数の微粒子１４とで構成された複合粒子である。核粒子１３は、シリカ、窒化硼素、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの絶縁性無機粒子である。これらの絶縁性無機粒子の熱伝導率は補強層に充填された樹脂材料の熱伝導率より高いため、補強層の熱伝導性を向上させることができる。

核粒子１３は、球状の密な粒子であることが好ましい。球状であれば、絶縁被覆材への応力負荷時のクラックなどの機械的破壊の抑制や、粒子周辺の電界集中による絶縁破壊の抑制が期待できる。また、密な粒子、つまり粒子の内部に空洞がなく上述の絶縁性材料が詰まっていることが好ましい。絶縁性材料が詰まっていることで、粒子の内部の熱伝導性が向上し、結果として補強層の熱伝導性が向上する。

なお、ここで言う粒径は、絶縁被覆材の断面を電子顕微鏡で観察して、画像解析によりその粒子（核粒子あるいは微粒子）の粒径を観測して得られる値である。具体的にはその粒子についてランダムに１００個以上計測し、その平均値を用いる。また、球状の定義は、上記電子顕微鏡における粒子の粒径計測において、１粒子に対して直交方向に２方向の粒径を計測し、その２方向の粒径の差が２０％以下であれば球状であるとする。

微粒子１４も、シリカ、窒化硼素、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの絶縁性無機粒子である。微粒子１４は、核粒子１３の表面に機械的あるいは化学的に固定されている。

フィラー粒子１０を粒径が１μｍ以上１００μｍ以下の核粒子１３と、この核粒子１３の表面に固定された平均粒径が３００ｎｍ以下の複数の微粒子１４とで構成された複合粒子とすることにより、絶縁被覆材を高耐電圧化できることを次に説明する。

絶縁被覆材に高電圧が印加された場合、補強層に充填されている絶縁性の樹脂の内部に電気トリーが発生することがある。この電気トリーは、稲妻状に樹脂内を進展していくが、電気トリーの先端がフィラー粒子に達した場合、フィラー粒子と樹脂との界面、つまりフィラー粒子の表面に沿って進展する。その理由は、フィラー粒子の誘電率と樹脂の誘電率との違いにより、フィラー粒子の表面が局所的に電界強度が高くなるからである。

フィラー粒子が核粒子のみである場合、フィラー粒子の表面に達した電気トリーの先端は、フィラー粒子の表面にほぼ一様に分布した電界強度分布にしたがってフィラー粒子の表面を進展していくと考えられる。

一方、フィラー粒子が核粒子と微粒子とで構成された複合粒子ある場合、核粒子の表面の電界強度分布は、微粒子の存在によりその布が大きく変形しているため、核粒子の表面に達した電気トリーの先端は分岐して進展することになる。その分岐した電気トリーの一部はフィラー粒子から離れて樹脂の方へ進展することになり、核粒子の表面よりも電界強度が引くためにその電気トリーの進展が抑制されると考えられる。

このような核粒子の表面に達した電気トリーの先端を分岐させるためには、核粒子の表面における複数の微粒子の粒子間距離が５００ｎｍ以下であることが好ましい。複数の微粒子の粒子間距離が５００ｎｍ以下であると、核粒子の表面を進展する電気トリーが微粒子に遭遇して分岐される確率が高くなる。

また、微粒子が核粒子の表面に一様に配置されていることが重要であり、上述の電子顕微鏡の観察において、核粒子の半球の外周部に固定された微粒子の数が、その半球以外の外周部に固定された微粒子の数の２５％以上４００％以下であることが好ましく、さらには５０％以上２００％以下であることがさらに好ましい。これらの範囲であれば、フィラー粒子のあらゆる方向から電気トリーが進展してきても、核粒子の表面に達した電気トリーの先端を分岐させる確率が高くなる。

仮に、核粒子の表面に微粒子が固定されてなく、補強層の内部にそれらの粒子が分離して存在した場合、電気トリーの先端が核粒子あるいは微粒子の表面に達した場合、電気トリーはそれらの粒子の表面にほぼ一様に分布した電界強度分布にしたがって進展していくのみで分岐される確率は低くなる。その結果、電気トリーの進展を抑制する効果は小さい。

複合粒子を構成する核粒子１３の粒径は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが必要である。核粒子の粒径が１μｍより小さいと、樹脂と核粒子との界面における熱抵抗の増加により核粒子による熱伝導性の向上効果が低下し、所望の高熱伝導化効果を得られないという問題がある。また、核粒子の粒径が１００μｍを越えると、コイル絶縁材の厚みを一定とした場合、粒径増加により補強層８の厚みが増すため、相対的にマイカ層７の厚みが薄くなり絶縁被覆材の強度が低下するという問題がある。さらに粒子の粒径が１００μｍを越えたときに絶縁被覆材の厚みを増加させた場合、絶縁被覆材の熱抵抗が増えて放熱性が低下するといった問題がある。

また、複合粒子を構成する微粒子１４の粒径は、３００ｎｍ以下であることが必要である。微粒子の粒径が３００ｎｍを越えると、電気トリーが分岐せずに微粒子の表面を進展する確率が高くなるため、微粒子による電気トリーの進展抑制効果が低下するという問題がある。

回転機を数年以上の長期間に渡って使用した場合、絶縁被覆材の内部では高電界ストレスにより部分放電が繰り返し発生し、樹脂の熱分解に伴うボイドが発生、拡大することで絶縁被覆材の耐電圧性能が低下することが知られている。このボイドの発生を抑制するためには核粒子および微粒子の表面と樹脂との接着性を向上させることが好ましい。そのためには、核粒子および微粒子の表面を適宜カップリグ処理により表面改質することが好ましい。これらの粒子の表面改質のカップリング剤としては、樹脂の種類に応じて適宜選択することができるが、樹脂がエポキシ樹脂である場合は、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、２−(３,４−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランのいずれか１つ以上を用いることが望ましい。

マイカ層７および補強層８に充填されている絶縁性の樹脂材料は、耐熱性、接着性、電気絶縁性、機械強度の観点からエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、イミド樹脂が好ましく、とくにその中でもエポキシ樹脂が好ましい。具体的なエポキシ樹脂としては骨格にエポキシ基を含むものであり、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ 型ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、サリチルアルデヒドノボラック型エポキシ樹脂、その他二官能フェノール類のジグリシジルエーテル化物、二官能アルコール類のジグリシジルエーテル化物およびそれらのハロゲン化物、水素添加物などが挙げられ、これらは何種類かを併用してもよい。 またコスト、粘度、耐熱性のバランスから、エピクロロヒドリンとビスフェノールＡ化合物との反応生成物が好ましい。その製品例としてはエピコート８２８、エピコート８２５（商品名：以上、油化シェルエポキシ（株）製）、エポトートＹＤ１２８（商品名：東都化成（株）製）、エピクロン８５０（商品名：大日本インキ化学工業（株）製）、スミエポキシＥＬＡ−１２８（商品名：住友化学工業（株）製）等が挙げられる。

さらには、回転機の運転時の発熱に対応してエポキシ樹脂に耐熱性を付与するため、エポキシ基を３つ以上含むエポキシ樹脂を単独、または上記のエポキシ樹脂と複合して用いることができる。

エポキシ基を３つ以上含むエポキシ樹脂としては、レゾルシノールジグリシジルエーテル（１，３−ビス−（２，３−エポキシプロポキシ）ベンゼン）、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（２，２−ビス（ｐ−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル）プロパン）、トリグリシジルｐ−アミノフェノール（４−（２，３−エポキシプロポキシ）−Ｎ，Ｎ−ビス（２，３−エポキシプロピル）アニリン）、ブロモビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（２，２−ビス（４−（２，３−エポキシプロポキシ）３−ブロモ−フェニル）プロパン）、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル（２，２−ビス（ｐ−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル）メタン）、メタ−および／またはパラ−アミノフェノールのトリグリシジルエーテル（３−（２，３−エポキシプロポキシ）Ｎ，Ｎ−ビス（２，３−エポキシプロピル）アニリン）、テトラグリシジルメチレンジアニリン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（２，３−エポキシプロピル）４，４’−ジアミノジフェニルメタン)、クレゾールノボラックエポキシ、フェノールノボラックエポキシなどが挙げられる。

これらの樹脂は添加量に応じて耐熱性を高められるものの、一般的に粘度が高く、コイル絶縁被覆材の形成工程の作業性の低下を招くため、添加量と耐熱性のバランスが要求される。この観点からはとくにフェノールノボラックエポキシ、またはクレゾールノボラックエポキシが良好である。

またこれらのエポキシ樹脂の硬化剤としては、エポキシ樹脂を硬化させることが可能なものであれば特に限定されないが、例えば以下の酸無水物、アミン系化合物、イミダゾール系化合物が挙げられる。

例えば、酸無水物であれば、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸などが挙げられる。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。

酸無水物の配合量は、特に限定されず、使用する酸無水物の種類などに応じて適宜調整すればよい。酸無水物の配合量は、ビスフェノール型エポキシ樹脂１００質量部に対して好ましくは１０質量部〜１５０質量部、より好ましくは３０質量部〜１２０質量部、さらに好ましくは５０質量部〜１００質量部である。このような配合量であれば、熱硬化性樹脂組成物の硬化を適切に行うことができる。

また、ビスフェノール型エポキシ樹脂のエポキシ基に対する酸無水物の酸無水物基の当量比は、特に限定されないが、好ましくは０．７〜１．３、より好ましくは０．８〜１．２、さらに好ましくは０．９〜１．１である。この当量比が０．７未満では、絶縁被覆材の成形過程の作業性が低下する傾向にある。一方、この当量比が１．３を超えると、硬化物の耐熱性などが低下する傾向にある。

またアミン系硬化剤の例としては、例えばエチレンジアミン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、ジプロプレンジアミン、ポリエーテルジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチル）トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、アミノエチルエタノールアミン、トリ（メチルアミノ）へキサン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、メチルイミノビスプロピルアミン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ビス（４−アミノ−３−メチルジシクロヘキシル） メタン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、ビス（アミノメチル）シクロへキサン、Ｎ-アミノエチルピペラジン、３，９−ビス（3-アミノプロピル）２，４，８，１０−テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン、ｍ−キシレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジドなどが挙げられるが、上記例示に限定されるものではない。

また上記イミダゾール系硬化剤の例としては、２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル-4-メチルイミダゾール、１−ベンジル-2-メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾールなどが挙げられるが、上記例示に限定されるものではない。

これらエポキシ樹脂および硬化剤には、適宜第３成分として反応性希釈剤を添加することができる。反応性希釈剤の例としては、スチレンモノマー、またはそのフェニル基に炭化水素の官能基が付与したモノマー、あるいはメタクリルモノマ、アクリルモノマーを使用することができる。（メタ）アクリルモノマーとしては、エポキシ樹脂の硬化を損なわないものであれば特に限定されず、直鎖状（メタ）アクリレート、分岐状（メタ）アクリレート、環状（メタ）アクリレートなどを用いることができる。その中でも耐熱性の観点から、直鎖状（メタ）アクリレートであることが好ましい。直鎖状（メタ）アクリレートの例としては、２−エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテルアクリレート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート、テトラエチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、２−フェノキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、２−（２，４，６−トリブロモフェノキシ）エチルアクリレートなどが挙げられる。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。

反応性希釈剤の配合量は、特に限定されず適宜調整すればよい。エポキシ樹脂の耐熱性を損なわない範囲で配合する場合、ビスフェノール型エポキシ樹脂１００質量部に対して好ましくは５０質量部〜３１０質量部、より好ましくは７０質量部〜２５０質量部である。

なお、本実施の形態においては、絶縁被覆材をマイカ層とこのマイカ層に積層された補強層との２層で説明しているが、この構成は耐電圧性と高熱伝導性を発現させるための必要最小限の構成であって、補強層の上にマイカ層を追加した３層構造や、マイカ層と補強層との組を複数積層した多重構造であってもよい。さらには、マイカ層や補強層以外にポリエステルなどの樹脂フィルム材などのフィルム層を追加してもよい。

実施の形態２．
この発明を実施するための実施の形態２においては、固定子コイルの製造方法について説明する。コイル導体への絶縁被覆材の形成方法は、真空加圧含浸方法やレジンリッチ法があるが、以下では真空加圧含浸方法による形成方法を説明する。

まず、実施の形態１で説明した絶縁被覆材のマイカ層となるマイカテープを準備する。このマイカテープの上に補強層となる例えばガラス繊維と実施の形態１で説明した複合粒子とを配置し、ロールコータなどを用いて樹脂を塗布してテープ状の絶縁被覆材を作製する。ここで用いる樹脂としては、実施の形態１において例示したエポキシ樹脂などを用いる。

次に、絶縁被覆された矩形断面の金属素線を複数束ねたコイル導体を準備する。このコイル導体の外周部にテープ状の絶縁被覆材を一部が互いに重なるように複数回巻き付ける。

つぎにテープ状の絶縁被覆材が巻き付けられたコイル導体に液状熱硬化性樹脂を含浸させる。ここで、含浸に用いる液状熱硬化性樹脂としては、実施の形態１において例示したエポキシ樹脂や反応性希釈剤を配合したものを用いる。

さらに、真空中で液状熱硬化性樹脂をテープ状の絶縁被覆材が巻き付けられたコイル導体を加圧含浸する。

最後に、９０℃〜１８０℃の温度領域で液状熱硬化性樹脂を硬化させて本実施の形態の固定子コイルを作製する。

このようにして製造された固定子コイルは、実施の形態１で説明した固定子コイルの構造となるため、絶縁被覆材の高熱伝導化および高耐電圧化の両立が可能となる。

なお、本実施の形態においては、複合粒子をガラス繊維と一緒にマイカテープの上に配置したが、マイカテープ上にはガラス繊維のみを配置し、複合粒子が混合した樹脂をロールコータで塗布してもよい。

実施の形態３．
図４は、この発明を実施するための実施の形態３に係る回転機の模式図である。図４において、図４（ｂ）は、回転軸に沿った回転機の断面図であり、図４（ａ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａの一点破線における回転機の断面図である。なお、図４においては、回転子を省略している。

図４において、本実施の形態の回転機２０は、図示しない回転子を収納する円筒状の固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１の外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を軸方向に締付ける複数（この例では８本）の鉄心締付部材２２と、固定子鉄心２１の外周部に軸方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心２１を鉄心締付部材２２の外周から回転軸方向に締付けて保持する軸方向に扁平な複数（この例では４箇所）の保持リング２３と、固定子鉄心２１の周りに間隔をあけて包囲する円筒状のフレーム２４と、このフレーム２４内面に軸方向に所定間隔をあけて軸心方向に突設されたリング状の複数（この例では５箇所）の中枠部材２５と、隣り合う中枠部材２５相互に固定されてその軸方向中央部で保持リング２３に固定されたばね板からなる複数（この例では４本）の弾性支持部材２６などを備えている。ここに示す回転機は、例えばタービン発電機の電機子を構成するものであり、図４では図示してないが、固定子鉄心２１の内周部には軸方向に形成されたスロットが周方向に所定数設けられ、スロット内には固定子コイルが配設されている。なお、固定子鉄心のスロットと固定子コイルとは、実施の形態１の図１で示したものと同様である。

このように構成された回転機は、固定子コイルの絶縁被覆材の高熱伝導化および高耐電圧化が両立できるので、一層の高出力化および小型化を図ることができる。

１ 固定子鉄心、 ２ スロット、 ３固定子コイル、 ４ ウェッジ、 ５ コイル導体、 ６ 絶縁被覆材、 ７ マイカ層、 ８ 補強層、 ９ マイカ粒子、 １０ フィラー粒子、 １１ 補強材、１２ 樹脂材料、 １３ 核粒子、 １４ 微粒子、２０ 回転機、 ２１ 固定子鉄心、 ２２ 鉄心締付部材、 ２３ 保持リング、 ２４ フレーム、 ２５中枠部材、 ２６ 弾性支持部材

この発明に係る固定子コイルの絶縁被覆材においては、マイカを含むマイカ層と、このマイカ層に積層され、フィラー粒子および補強材を含む補強層とを有し、フィラー粒子を、平均粒径が１μｍ以上の絶縁性無機粒子である核粒子と、この核粒子の表面に固定された平均粒径が３００ｎｍ以下の絶縁性無機粒子である複数の微粒子とで構成し、かつ核粒子の表面における複数の微粒子の粒子間距離は５００ｎｍ以下である。

一方、フィラー粒子が核粒子と微粒子とで構成された複合粒子ある場合、核粒子の表面の電界強度分布は、微粒子の存在によりその分布が大きく変形しているため、核粒子の表面に達した電気トリーの先端は分岐して進展することになる。その分岐した電気トリーの一部はフィラー粒子から離れて樹脂の方へ進展することになり、核粒子の表面よりも電界強度が低くなるためにその電気トリーの進展が抑制されると考えられる。

Claims (4)

1. マイカを含むマイカ層と、
   このマイカ層に積層され、フィラー粒子および補強繊維材を含む補強層と
   を有する固定子コイルの絶縁被覆材であって、
   前記フィラー粒子は、
   平均粒径が１μｍ以上の核粒子と、
   この核粒子の表面に固定された平均粒径が３００ｎｍ以下の複数の微粒子と
   で構成された複合粒子である
   ことを特徴とする固定子コイルの絶縁被覆材。
2. 前記複合粒子において、
   前記核粒子は、球状の密な粒子であり、
   前記核粒子の表面における前記複数の微粒子の粒子間距離が５００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の固定子コイルの絶縁被覆材。
3. 前記複合粒子において、
   前記核粒子の半球の外周部に固定された前記微粒子の数は、
   前記半球以外の外周部に固定された前記微粒子の数の２５％以上４００％以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の固定子コイルの絶縁被覆材。
4. 回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心と同軸状に配置され、前記回転子鉄心に対向する面にスロットが設けられた固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の前記スロット内に収納され、コイル導体が請求項１〜３のいずれか１項の固定子コイルの絶縁被覆材で被覆された固定子コイルと
   を備える回転機。

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