WO2016111204A1 - 回転電機のコイル - Google Patents

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layer
tape
insulating layer
insulation
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康行 明石
肇夫 潮湖
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors, e.g. applying insulating tapes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/40—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for high voltage, e.g. affording protection against corona discharges

Definitions

  • the present invention relates to a coil of a rotating electrical machine.
  • the present invention employs a unique material as a material for the internal discharge prevention layer provided in the insulating layer in the stator coil of the generator, thereby preventing winding in the insulating layer and preventing the winding operation by a machine. It is devised so that it can be done.
  • Generators are exposed to large loads such as large currents and high voltages during operation. Such a generator is generally required to have a useful life of 20 years or more. Moreover, the generator is one of important facilities, and if it fails, it will have a great economic impact. For these reasons, insulation techniques for protecting the generator from high loads are very important.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a stator coil 10 of a generator according to the prior art.
  • a strand insulation layer 12 is formed on the outer peripheral surface of the strand 11.
  • a strand of wires is formed by the four strands 11 provided with the strand insulation layer 12.
  • An interlayer insulating layer 13 is formed on the outer peripheral surface of the wire bundle (the portion of the wire insulating layer 12 located on the outer peripheral surface of the wire bundle).
  • a strand group is formed in a state in which four strands of wires in which the interlayer insulating layer 13 is formed are arranged.
  • a main insulating layer 14 is formed on the outer peripheral surface of the strand group (a portion of the interlayer insulating layer 13 located on the outer peripheral surface of the strand group).
  • a corona prevention layer 15 is formed on the outer peripheral surface of the main insulating layer 14.
  • the corona prevention layer 15 is formed of a low resistance material, and prevents corona from being generated between the main insulating layer 14 and the iron core to which the stator coil 10 is attached.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of a stator coil 10A of a generator according to the prior art.
  • 11 is a strand
  • 12 is a strand insulation layer
  • 14 is a main insulation layer
  • 15 is a corona prevention layer.
  • This stator coil 10A does not include an interlayer insulating layer.
  • an internal discharge prevention layer is provided at a position between the interlayer insulating layer 13 and the main insulating layer 14, or in the stator coil 10A shown in FIG.
  • An internal discharge prevention layer is provided inside.
  • the material for the internal discharge prevention layer is generally a glass fiber or polymer material such as polyester as a base material, and carbon is mixed into this base material (glass fiber or polymer material) to prevent discharge. Material is used.
  • This tape-like discharge preventing material is a low resistance material in which the resistance of the tape surface is lowered because carbon is mixed therein.
  • JP 2002-125339 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-60047
  • a tape-like insulating material is automatically wound using a machine called a taping machine.
  • a tape-shaped discharge preventing material mixed with carbon is wound around a coil using a taping machine, carbon enters the inside of the taping machine and causes a failure of the taping machine.
  • the tape-like discharge preventing material mixed with carbon cannot be wound by a machine, and it is necessary to perform a winding operation by a human hand, so that workability is remarkably lowered.
  • the discharge prevention effect is not always obtained. That is, when the resistance value of the discharge preventing material is not appropriate, it may interfere with the resistance value of other insulating materials, and a sufficient discharge preventing effect may not be obtained.
  • FIG. 7 in which a part of the stator coil 10 shown in FIG. 5 is extracted, in the stator coil 10 of the generator, between the strand insulation layer 12 and the interlayer insulation layer 13 or adjacent elements.
  • a gap G tends to occur at an insulation boundary such as between the line insulation layers 12 and 12 or between adjacent interlayer insulation layers 13 and 13. When such a gap G is generated, corona is generated and the insulating layer is likely to deteriorate.
  • FIG. 8 showing the electric field analysis state of the stator coil of the generator
  • the insulation of the stator coil 10 of the generator for example, the corner of the stator coil, the interlayer insulation 13 and the main insulation 14 or the like.
  • Electric field concentration occurs at an insulating boundary such as between.
  • partial discharge occurs here.
  • the insulation is eroded by the partial discharge and eventually leads to dielectric breakdown.
  • the black-painted portion is the portion where the electric field is concentrated.
  • Fig. 9 shows the flow of the deterioration of the generator stator coil insulation.
  • a thermal load is applied to the insulating layer of the stator coil of the generator, voids (clearances) and peeling are caused in the insulating layer, and further, the resin is withered. It is considered that when an electrical load is applied in this state, a partial discharge is generated inside the insulating layer, and finally dielectric breakdown occurs due to the partial discharge. Therefore, by suppressing the partial discharge, the insulation reliability of the generator stator is improved.
  • the present invention can form an internal discharge prevention layer provided in an insulating layer by mechanical winding with good workability, and can further prevent the generation of corona, and has a high insulation reliability and can provide a rotating electrical machine.
  • An object of the present invention is to provide a coil.
  • the present invention that solves the above-described problems is provided in a coil of a rotating electrical machine that includes a strand inside, an insulating layer is formed on the outer peripheral side of the strand, and an internal discharge prevention layer is formed in the insulating layer.
  • the internal discharge prevention layer is formed by winding a conductive polymer tape in which a conductive polymer material is formed in a tape shape.
  • a plurality of layers are formed as the insulating layer
  • the internal discharge prevention layer is formed between different insulating layers among the plurality of insulating layers, or inside a specific insulating layer determined in advance among the plurality of insulating layers.
  • the present invention is also characterized in that the conductive polymer tape is formed by coating a conductive polymer on the surface of a tape-shaped polymer material.
  • the present invention is also characterized in that the conductive polymer tape is formed by coating a conductive polymer on the surface of a tape-like polymer material having heat shrinkability.
  • the heat-shrinkable polymer material include polyester, polyimide, and polyethylene naphthalate.
  • an insulation resistance value of the surface of the conductive polymer tape is 10 1 ⁇ to 10 4 ⁇ .
  • the conductive polymer material is a material in which a conductive polymer is coated on the surface of a film sheet material (polymer material) such as polyester, and is used as a material for capacitors, organic EL, and solar cells.
  • the internal discharge prevention layer is formed by winding a conductive polymer tape in which a conductive polymer material is formed in a tape shape, the machine can be wound, and the insulating material It is possible to electrically couple the gaps well. Furthermore, by making the resistance value of the conductive polymer tape optimal, a sufficient discharge preventing effect can be achieved.
  • Sectional drawing which shows the stator coil of the generator based on the Example of this invention.
  • the conceptual diagram which shows the insulation system in the Example of this invention.
  • the characteristic view which shows the electric field load reduction effect in an internal discharge prevention layer.
  • the characteristic view which shows the resistance value of a conductive polymer tape, and the electric field load of the interlayer insulation layer at that time.
  • Sectional drawing which shows the stator coil of the generator which concerns on a prior art.
  • Sectional drawing which shows the stator coil of the generator of the other example which concerns on a prior art.
  • Sectional drawing which shows the clearance gap between the stator coils of the generator which concerns on a prior art.
  • the characteristic view which shows the electric field analysis state of the stator coil of the generator which concerns on a prior art.
  • the flowchart which shows the flow which the insulation of the stator coil of a generator deteriorates.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a stator coil 110 of a generator according to an embodiment of the present invention.
  • a strand insulation layer 112 is formed on the outer peripheral surface of the strand 111.
  • a strand of wires is formed by the four strands 111 provided with the strand insulation layer 112.
  • An interlayer insulating layer 113 is formed on the outer peripheral surface of the wire bundle (the portion of the wire insulating layer 112 located on the outer peripheral surface of the wire bundle).
  • a strand group is formed in a state in which four strands of wires in which the interlayer insulating layer 113 is formed are arranged.
  • An internal discharge prevention layer 120 is formed on the outer peripheral surface of the strand group (a portion of the interlayer insulating layer 113 located on the outer circumferential surface of the strand group).
  • the internal discharge prevention layer 120 of this embodiment is formed by winding a conductive polymer tape.
  • the conductive polymer tape used in this example is obtained by coating a surface of a tape-like polyester (base material) having heat shrinkability with a conductive polymer, and the insulation resistance value of the surface is 10 1 ⁇ . ⁇ 10 4 ⁇ .
  • a main insulating layer 114 is formed on the outer peripheral surface of the internal discharge prevention layer 120.
  • a corona prevention layer 115 is formed on the outer peripheral surface of the main insulating layer 114.
  • the corona prevention layer 115 is formed of a low resistance material, and prevents corona from being generated between the main insulating layer 114 and the iron core to which the stator coil 10 is attached.
  • stator coil 110 configured as described above will be described below.
  • a conductive polymer tape formed by coating a conductive polymer on the surface of a tape-like polyester having heat shrinkability is wound to form an internal discharge prevention layer 120.
  • the internal discharge prevention layer 120 is disposed between the interlayer insulating layer 113 and the main insulating layer 114. Since the internal discharge prevention layer 120 has a low resistance value, the interlayer insulating layer 113 and the main insulating layer 114 are electrically connected, and as a result, partial discharge between the interlayer insulating layer 113 and the main insulating layer 114 is suppressed. be able to.
  • the conductive polymer tape (internal discharge prevention layer 120) and the interlayer insulating layer 113 are electrically connected. Therefore, it can be regarded as an insulating system in which the interlayer insulating layer 113 and the conductive polymer tape (internal discharge prevention layer 120) are integrated (see FIG. 2).
  • the electric field of the interlayer insulating layer 113 is calculated, the electric field of the interlayer insulating layer 113 is reduced to 70% or less by using a conductive polymer tape (internal discharge prevention layer 120) as shown in FIG.
  • a conductive polymer tape internal discharge prevention layer 120
  • the base material of the conductive polymer tape forming the internal discharge prevention layer 120 provided between the interlayer insulating layer 113 and the main insulating layer 114 is a heat shrinkable material such as polyester.
  • the stator coil insulation of the generator for example, between adjacent wire insulation layers, between adjacent interlayer insulation layers, or between a wire insulation layer and an interlayer
  • the gap G is easily formed between the insulating layers and between the insulating layers such as the interlayer insulating layer and the main insulating layer.
  • a conductive polymer tape (internal discharge prevention layer 120) using a heat shrink material such as polyester as a base material is provided between the interlayer insulating layer 113 and the main insulating layer 114, Such a gap G can be filled.
  • the generator stator generally has a structure that reduces mechanical load such as electromagnetic vibration by molding resin by a technique such as heat compression or vacuum pressure impregnation.
  • the conductive polymer tape is applied by the heat applied in the heating compression and vacuum pressure impregnation steps described above. Shrinkage occurs and the gap G can be filled.
  • the gap G can be filled, thus preventing the generation of corona and improving the insulation reliability. can do.
  • polyester as the base material for the conductive polymer tape, it can have mechanical strength that can withstand tension during automatic winding by a machine.
  • a tape-like insulating material is automatically wound around a coil conductor that becomes a stator coil of a generator, the tape is cut during the automatic winding unless the mechanical strength of the tape is sufficiently strong.
  • polyester is suitable for automatic winding because it has high mechanical strength such as tensile strength and has stretchability.
  • the insulation resistance value of the surface of the conductive polymer tape forming the internal discharge prevention layer 120 is set to 10 1 ⁇ to 10 4 ⁇ .
  • the internal discharge prevention layer 120 made of a conductive polymer tape between the interlayer insulating layer 113 and the main insulating layer 114 of the stator coil 110, the electric field load on the interlayer insulating layer 113 is reduced. can do.
  • the conductive polymer generally refers to a material having a sufficiently low resistance value compared to a normal polymer material, and specifically, a material having a resistance value of about 10 10 ⁇ or less.
  • mica In a generator stator, mica is generally used as an insulating material.
  • the resistance value of mica is generally about 10 10 to 10 13 ⁇ depending on the type. Therefore, if a conductive polymer of about 10 10 ⁇ is used, it interferes with the insulation resistance of mica, so that a sufficient electric field load reduction effect cannot be obtained.
  • FIG. 4 shows the resistance value of the conductive polymer tape and the electric field load of the interlayer insulating layer at that time.
  • FIG. 4 shows the calculated values when the insulation resistance value of mica is assumed to be 10 10 ⁇ .
  • the resistance value of the conductive polymer tape when the resistance value of the conductive polymer tape is 100 k ⁇ or less, the electric field load on the interlayer insulating layer is reduced to about 70%. However, when the resistance value of the conductive polymer tape is 100 k ⁇ , the electric field load reducing effect is lower than when the resistance value is 10 k ⁇ or less. Considering the variation of the mica insulation resistance for each material, there is no guarantee that the effect of reducing the electric field load can be reliably obtained when the resistance value of the conductive polymer tape is 100 k ⁇ . For this reason, the resistance value of the conductive polymer tape is preferably about 10 1 to 10 4 ⁇ .
  • an internal discharge prevention layer formed by winding a conductive polymer tape may be formed between the wire insulation layer and the interlayer insulation layer or inside the main insulation layer. The effect of.
  • the conductive polymer tape is not limited to tape-like polyester, but may be formed by coating a conductive polymer on the surface of another tape-like polymer material.
  • the present invention can be applied not only to the stator coil of the generator but also to the coil of each rotating electric machine.

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Abstract

　固定子コイル（１１０）では、素線（１１１）の外周側に、素線絶縁層（１１２）、層間絶縁層（１１３）、主絶縁層（１１４）、コロナ防止層（１１５）の他に、内部放電防止層（１２０）が形成されている。内部放電防止層（１２０）は、層間絶縁層（１１３）と主絶縁層（１１４）の間に形成されており、テープ状の熱収縮性を持つポリエステルの表面に導電性ポリマーをコーティングして形成した導電性高分子テープを巻回して形成したものである。この導電性高分子テープは、機械巻きをすることができ、かつ、熱収縮して絶縁層を締め、更に放電防止効果を発揮する。これにより、絶縁層内での放電を確実に防止すると共に、機械巻きにより内部放電防止層を形成することができる。

Description

回転電機のコイル
　本発明は、回転電機のコイルに関するものである。
　特に本発明は、発電機の固定子コイルにおいて、絶縁層内に設ける内部放電防止層の材料として独特な材料を採用することにより、絶縁層内での放電を防止しつつ、機械による巻き付け作業をすることができるように工夫したものである。
　発電機は、運転時に大電流や高電圧などの大きな負荷にさらされる。このような発電機は、一般に２０年以上の耐用年数を持つことが求められる。また、発電機は、重要設備の一つであり、故障すると経済的に大きな影響を及ぼしてしまう。このような理由により、発電機を高負荷から保護するための絶縁技術が非常に重要になる。
　ここで発電機の固定子コイルの従来構造の一例を説明する。図５は、従来技術に係る発電機の固定子コイル１０を示す断面図である。同図に示すように、素線１１の外周面には素線絶縁層１２が形成されている。素線絶縁層１２が施された４本の素線１１により素線束が形成されている。この素線束の外周面（素線絶縁層１２のうち、素線束の外周面に位置する部分）には層間絶縁層１３が形成されている。
　層間絶縁層１３が形成された素線束が４本並んだ状態で、素線群が形成される。この素線群の外周面（層間絶縁層１３のうち、素線群の外周面に位置する部分）には主絶縁層１４が形成されている。
　主絶縁層１４の外周面には、コロナ防止層１５が形成されている。コロナ防止層１５は、低抵抗材料により形成されており、主絶縁層１４と、固定子コイル１０が取り付けられる鉄心との間でコロナが発生するのを防止するものである。
　図６は、従来技術に係る他の例の、発電機の固定子コイル１０Ａを示す断面図である。同図において、１１は素線、１２は素線絶縁層、１４は主絶縁層、１５はコロナ防止層である。この固定子コイル１０Ａでは、層間絶縁層は備えていない。
　近年では、機器の高効率化やコスト削減の理由から、可能な限り絶縁層の占有率を少なくでき、かつ信頼性を確保するような、絶縁技術が求められている。これを達成するためには、より耐熱性及び耐電圧性の高い絶縁材料を使用することが考えられる。しかし、耐熱性及び耐電圧性の高い絶縁材料を使用する手法は、材料費の高騰を招くため望ましくない。
　絶縁材料を変更せずに上記課題を解決する手法として、例えば特許文献１，２に示すように、固定子コイルの絶縁層内に内部放電防止層を組み込むことで、絶縁層内での放電発生を防止して、課電寿命を長くする技術がある。
　例えば、図５に示す固定子コイル１０では、層間絶縁層１３と主絶縁層１４の間の位置に、内部放電防止層を設けたり、図６に示す固定子コイル１０Ａでは、主絶縁層１４の内部に内部放電防止層を設けたりする。
　内部放電防止層の材料としては、一般に、ガラス繊維や、ポリエステルのような高分子材料を基材とし、この基材（ガラス繊維や高分子材料）にカーボンを混入してテープ状にした放電防止材料が用いられる。このテープ状の放電防止材料は、カーボンが混入しているため、そのテープ表面の抵抗を低下させた低抵抗材料である。このテープ状の放電防止材料を、絶縁層の間（または特定の絶縁層の内部）に挿入して配置することにより、放電防止材料（内部放電防止層）を挟む絶縁層どうし（または特定の絶縁層のうち内部放電防止層を挟む絶縁材料どうし）を電気的に結合させて放電の発生を防止することができる。
特開２００２－１２５３３９号公報 特開２０００－６００４７号公報
　上述したように、絶縁層内での放電の発生を防止するため、絶縁層内に内部放電防止層を設ける場合には、従来では、カーボンを混入したテープ状の放電防止材料を用いることが一般的である。しかし、カーボンを混入したテープ状の放電防止材料は、テーピングマシンを用いてコイルへ巻きつけることができず、作業性が低下するという課題がある。
　一般に、発電機の固定子コイルとなるコイル導体への絶縁作業は、テープ状の絶縁材料を、テーピングマシンと呼ばれる機械を用いて自動巻き付けする。しかし、カーボンを混入したテープ状の放電防止材料を、テーピングマシンを用いてコイルに巻き付けたとすると、テーピングマシンの内部にカーボンが浸入し、テーピングマシンが故障する原因となる。このため、カーボンを混入したテープ状の放電防止材料は、機械で巻くことができず、人の手により巻き付け作業を行う必要があり、作業性が著しく低下する。
　また、内部放電防止層を絶縁層内に設けても、必ずしも放電防止効果が得られるわけではない。即ち、放電防止材料の抵抗値が適当でない場合には、他の絶縁材料の抵抗値と干渉してしまい、十分な放電防止効果が得られない場合がある。
　更に、前述のとおり、カーボンを混入したテープ状の放電防止材料の場合には、機械を用いた自動巻き付けが困難であるため、他の絶縁材料との密着性が低下し、十分な性能を得ることができないという問題もある。
　また、図５に示す固定子コイル１０の一部を抽出した図７に示すように、発電機の固定子コイル１０では、素線絶縁層１２と層間絶縁層１３との間や、隣接する素線絶縁層１２，１２の間や、隣接する層間絶縁層１３，１３の間などの絶縁境界に、隙間Ｇが発生しやすい。このような隙間Ｇが発生するとコロナが発生して、絶縁層が劣化しやすくなる。
　また、発電機の固定子コイルの電界解析状態を表す図８に示すように、発電機の固定子コイル１０の絶縁においては、例えば、固定子コイルの角部や、層間絶縁１３と主絶縁１４の間などの絶縁境界などで電界集中が発生する。電界集中が発生すると、ここで部分放電が発生する。部分放電により絶縁が浸食され、やがて絶縁破壊に至る。なお、図８において、黒塗した部分が電界集中している部分である。
　図９に発電機の固定子コイルの絶縁が劣化するフローを示す。同図のフローに示すように、発電機の固定子コイルの絶縁層に熱負荷がかかると絶縁層に空隙（隙間）や剥離、さらには樹脂の枯れが発生する。この状態で電気的負荷がかかることにより、絶縁層の内部で部分放電が発生し、最終的には部分放電により絶縁破壊が発生するものと考えられている。したがって、部分放電を抑制することで、発電機の固定子の絶縁信頼性の向上につながる。
　本発明は、上記従来技術に鑑み、絶縁層内に設ける内部放電防止層を機械巻きにより作業性良く形成することができ、しかもコロナの発生を防止することができる絶縁信頼性の高い、回転電機のコイルを提供することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明は、内部に素線を含むとともに、前記素線の外周側には絶縁層が形成され、前記絶縁層内に内部放電防止層を形成している回転電機のコイルにおいて、
　導電性高分子材料をテープ状に形成した導電性高分子テープを巻回することにより、前記内部放電防止層を形成していることを特徴とする。
　また本発明は、前記絶縁層として複数の層が形成されており、
　前記内部放電防止層は、複数の前記絶縁層のうち異なる絶縁層の間、または、複数の前記絶縁層のうち予め決めた特定の絶縁層の内部に形成されていることを特徴とする。
　また本発明は、前記導電性高分子テープは、テープ状の高分子材料の表面に導電性ポリマーをコーティングして形成されていることを特徴とする。
　また本発明は、前記導電性高分子テープは、テープ状の熱収縮性を持つ高分子材料の表面に導電性ポリマーをコーティングして形成されていることを特徴とする。なお、熱収縮性を持つ高分子材料としては、例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート等がある。
　また本発明は、前記導電性高分子テープの表面の絶縁抵抗値を１０1Ω～１０4Ωとしていることを特徴とする。
　なお、導電性高分子材料は、例えばポリエステルのようなフィルムシート材料（高分子材料）の表面に導電性ポリマーをコーティングした材料であり、コンデンサや有機ＥＬや太陽電池の材料として用いられている。
　本発明によれば、導電性高分子材料をテープ状に形成した導電性高分子テープを巻回することにより内部放電防止層を形成するため、機械での巻き付け作業が可能となり、かつ、絶縁材料間を電気的によく結合させることが可能となる。更に、導電性高分子テープの抵抗値を最適なものとすることで、十分な放電防止効果を奏することができる。
本発明の実施例に係る、発電機の固定子コイルを示す断面図。 本発明の実施例における絶縁システムを示す概念図。 内部放電防止層における電界負荷低減効果を示す特性図。 導電性高分子テープの抵抗値とその時の層間絶縁層の電界負荷を示す特性図。 従来技術に係る発電機の固定子コイルを示す断面図。 従来技術に係る他の例の発電機の固定子コイルを示す断面図。 従来技術に係る発電機の固定子コイルの隙間を示す断面図。 従来技術に係る発電機の固定子コイルの電界解析状態を示す特性図。 発電機の固定子コイルの絶縁が劣化するフローを示すフロー図。
　以下、本発明に係る回転電機のコイルを、実施例に基づき詳細に説明する。
〔実施例〕
　図１は、本発明の実施例に係る、発電機の固定子コイル１１０を示す断面図である。同図に示すように、素線１１１の外周面には素線絶縁層１１２が形成されている。素線絶縁層１１２が施された４本の素線１１１により素線束が形成されている。この素線束の外周面（素線絶縁層１１２のうち、素線束の外周面に位置する部分）には層間絶縁層１１３が形成されている。
　層間絶縁層１１３が形成された素線束が４本並んだ状態で、素線群が形成される。この素線群の外周面（層間絶縁層１１３のうち、素線群の外周面に位置する部分）には、内部放電防止層１２０が形成されている。
　本実施例の内部放電防止層１２０は、導電性高分子テープを巻回して形成したものである。本実施例で使用した導電性高分子テープは、熱収縮性を持ったテープ状のポリエステル（基材）の表面に導電性ポリマーをコーティングしたものであり、その表面の絶縁抵抗値は１０1Ω～１０4Ωとしている。
　内部放電防止層１２０の外周面には、主絶縁層１１４が形成されている。主絶縁層１１４の外周面には、コロナ防止層１１５が形成されている。コロナ防止層１１５は、低抵抗材料により形成されており、主絶縁層１１４と、固定子コイル１０が取り付けられる鉄心との間でコロナが発生するのを防止するものである。
　上記構成となっている固定子コイル１１０の特性や性能を以下に説明する。本実施例の固定子コイル１１０では、熱収縮性を持ったテープ状のポリエステルの表面に導電性ポリマーをコーティングしてなる導電性高分子テープを巻回して、内部放電防止層１２０を形成している。この内部放電防止層１２０は、層間絶縁層１１３と主絶縁層１１４の間に配置されている。内部放電防止層１２０は抵抗値が低いため、層間絶縁層１１３と主絶縁層１１４を電気的に接続し、その結果、層間絶縁層１１３と主絶縁層１１４との間での部分放電を抑制することができる。
　このように部分放電を抑制することができるため、絶縁層内での放電を起因として絶縁劣化が進むという絶縁劣化の進行（図９参照）を阻止することができ、発電機の固定子コイル１１０の絶縁信頼性が向上する。
　導電性高分子テープを、例えば、層間絶縁層１１３の上に巻きつけると、導電性高分子テープ（内部放電防止層１２０）と層間絶縁層１１３は電気的に接続される。このため層間絶縁層１１３と導電性高分子テープ（内部放電防止層１２０）が一体となった絶縁システムとみなすことができる（図２参照）。
　ここで、層間絶縁層１１３の電界を計算すると、図３に示すとおり、導電性高分子テープ（内部放電防止層１２０）を使用することにより、層間絶縁層１１３の電界が７０％以下に軽減される。
　図８を参照して説明したように、絶縁層の絶縁境界で電界集中が発生すると、ここで部分放電が発生し、この部分放電により絶縁が浸食され、やがて絶縁破壊に至る。一方、本実施例では、電界を緩和することにより、部分放電の発生を抑制して絶縁信頼性を向上することができる。
　本実施例では、層間絶縁層１１３と主絶縁層１１４の間に設けた内部放電防止層１２０を形成する導電性高分子テープは、その基材が、例えばポリエステルのような熱収縮材料である。
　図７を参照して前述したように、発電機の固定子コイルの絶縁では、例えば、隣接する素線絶縁層の相互間や、隣接する層間絶縁層の相互間や、素線絶縁層と層間絶縁層との間や、層間絶縁層と主絶縁層との間のような絶縁層間に隙間Ｇができやすい構造となっている。
　本実施例では、層間絶縁層１１３と主絶縁層１１４の間に、例えばポリエステルのような熱収縮材料を基材として使用した導電性高分子テープ（内部放電防止層１２０）を設けているため、このような隙間Ｇを埋めることができる。
　即ち、発電機の固定子は、一般的に、例えば加熱圧縮や真空加圧含浸といった手法で樹脂をモールドすることで、電磁振動などの機械的負荷を軽減する構造となっている。前述の熱収縮材料を使用した導電性高分子テープを使用することで、上記の加熱圧縮や真空加圧含浸をする工程において加えられる熱により、導電性高分子テープ（内部放電防止層１２０）に収縮が生じ、隙間Ｇを埋めることができるのである。
　このようにして、熱収縮性を持つ導電性高分子テープ（内部放電防止層１２０）を採用することにより、隙間Ｇを埋めることができるため、コロナの発生を防止して、絶縁信頼性を向上することができる。
　また導電性高分子テープの基材をポリエステルとすることで、機械による自動巻き時のテンションに耐え得る機械強度を持つことができる。発電機の固定子コイルとなるコイル導体に、テープ状の絶縁材料を自動巻きする際、テープの機械強度が十分に強くないと、自動巻きの最中にテープが切れてしまう。ポリエステルは高分子材料の中でも、例えば引っ張り強度のような機械強度が強く、また延伸性も持つことから自動巻きに適している。
　本実施例では、内部放電防止層１２０を形成する導電性高分子テープの表面の絶縁抵抗値を１０1Ω～１０4Ωとしている。
　本実施例では、固定子コイル１１０の層間絶縁層１１３と主絶縁層１１４の間に、導電性高分子テープでなる内部放電防止層１２０を設けることで、層間絶縁層１１３への電界負荷を軽減することができる。導電性高分子は、一般的に、通常の高分子材料に対し十分に抵抗値の低い材料のことを言い、具体的には１０10Ω程度以下の抵抗値を持つ材料のことである。
　発電機の固定子では、一般的に、絶縁材料としてマイカを使用する。マイカの抵抗値は、種類にもよるが、一般に１０10～１０13Ω程度である。したがって仮に、１０10Ω程度の導電性高分子を用いた場合には、マイカの絶縁抵抗と干渉してしまうため、十分な電界負荷低減効果が得られない。
　図４に、導電性高分子テープの抵抗値とその時の層間絶縁層の電界負荷を示す。なお、図４はマイカの絶縁抵抗値を１０10Ωと仮定した場合の計算値である。
　図４に示すように、導電性高分子テープの抵抗値が１００ｋΩ以下の場合に、層間絶縁層の電界負荷が７０％程度まで低減される。ただし、導電性高分子テープの抵抗値を１００ｋΩとしたときは、１０ｋΩ以下とした場合に比べ電界負荷低減効果が低くなっている。マイカ絶縁抵抗の材料ごとのばらつきを考えると、導電性高分子テープの抵抗値を１００ｋΩとした場合に、確実に電界負荷低減効果が得られる保証はない。かかる理由により、導電性高分子テープの抵抗値は１０1～１０4Ω程度とすることが望ましい。
　上記のような手法を用いることにより、機械による自動巻きが可能なために作業時間が短縮でき、かつ、放電防止効果を持つために絶縁信頼性が高い発電機の固定子コイルを製作することができる。
〔実施例の変形例〕
　上記の実施例では、層間絶縁層の上に導電性高分子テープを巻きつけて、層間絶縁層と主絶縁層との間に内部放電防止層を形成することを提案した。一方、図６のとおり層間絶縁層のない絶縁構成のコイルに対しては、素線絶縁層と主絶縁層の間に、導電性高分子テープを巻回してなる内部放電防止層を形成することにより、上記の実施例と同様の効果を得られる。
　更に、素線絶縁層と層間絶縁層との間や、主絶縁層の内部に、導電性高分子テープを巻回してなる内部放電防止層を形成するようにしても、上記の実施例と同様の効果を得られる。
　なお、導電性高分子テープとしては、テープ状のポリエステルに限らず、テープ状の他の高分子材料の表面に導電性ポリマーをコーティングして形成したものであっても良い。
　本発明は、発電機の固定子コイルのみならず、各回転電機のコイルにも適用することができる。
　１０，１０Ａ，１１０　固定子コイル
　１１，１１１　素線
　１２，１１２　素線絶縁層
　１３，１１３　層間絶縁層
　１４，１１４　主絶縁層
　１５，１１５　コロナ防止層
　１２０　内部放電防止層（導電性高分子テープ）

Claims (5)

  1. 　内部に素線を含むとともに、前記素線の外周側には絶縁層が形成され、前記絶縁層内に内部放電防止層を形成している回転電機のコイルにおいて、
    　導電性高分子材料をテープ状に形成した導電性高分子テープを巻回することにより、前記内部放電防止層を形成していることを特徴とする回転電機のコイル。
  2. 　請求項１において、
    　前記絶縁層として複数の層が形成されており、
    　前記内部放電防止層は、複数の前記絶縁層のうち異なる絶縁層の間、または、複数の前記絶縁層のうち予め決めた特定の絶縁層の内部に形成されていることを特徴とする回転電機のコイル。
  3. 　請求項１において、
    　前記導電性高分子テープは、テープ状の高分子材料の表面に導電性ポリマーをコーティングして形成されていることを特徴とする回転電機のコイル。
  4. 　請求項１において、
    　前記導電性高分子テープは、テープ状の熱収縮性を持つ高分子材料の表面に導電性ポリマーをコーティングして形成されていることを特徴とする回転電機のコイル。
  5. 　請求項１において、
    　前記導電性高分子テープの表面の絶縁抵抗値を１０1Ω～１０4Ωとしていることを特徴とする回転電機のコイル。
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