WO2021145097A1 - プリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

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WO2021145097A1
WO2021145097A1 PCT/JP2020/045485 JP2020045485W WO2021145097A1 WO 2021145097 A1 WO2021145097 A1 WO 2021145097A1 JP 2020045485 W JP2020045485 W JP 2020045485W WO 2021145097 A1 WO2021145097 A1 WO 2021145097A1
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mica
varnish
slot
mica tape
electric machine
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PCT/JP2020/045485
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師岡 寿至
啓明 小島
直大 蛭田
大輔 亀川
正一 丸山
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株式会社日立インダストリアルプロダクツ
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/08Forming windings by laying conductors into or around core parts
    • H02K15/085Forming windings by laying conductors into or around core parts by laying conductors into slotted stators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/32Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation

Definitions

  • the present invention relates to a prepreg mica tape, a rotary electric machine, and a method for manufacturing a rotary electric machine.
  • Thermosetting resin with high electrical insulation (insulation reliability) and excellent mechanical properties because the coils used in these electrical devices are insulated and fixed in electrical devices such as generators, motors, and transformers. Is widely used.
  • a mica insulation system with high insulation reliability is used to insulate high-voltage rotating electric machines such as generators and motors.
  • this mica insulation system is used as a method for manufacturing a stator winding that constitutes a rotary electric machine.
  • manufacturing methods three conventional methods.
  • Integrated injection method First, a dry mica tape is wound around an insulatingly coated conductor to manufacture a single coil. Next, this coil alone is incorporated into the iron core slot together with the slot liner and the insulating material in the slot, wedges are installed, and these are fixed to the iron core slot to manufacture a stator winding. Next, the stator winding is immersed in a varnish, and the varnish is vacuum impregnated (vacuum pressurization injection) in the stator winding. Finally, the stator windings are heated and the varnish is thermoset to produce the stator windings.
  • a dry mica tape is wound around an insulatingly coated conductor to manufacture a single coil.
  • the coil itself is immersed in a varnish, and the coil is vacuum impregnated (vacuum pressurization injection) with the varnish.
  • this coil unit is heated and the varnish is thermoset to manufacture the coil unit.
  • this coil alone is incorporated into the iron core slot together with the slot liner and the insulating material in the slot, wedges are installed, and these are fixed to the iron core slot to manufacture a stator winding.
  • a prepreg mica tape is wound around an insulatingly coated conductor to manufacture a single coil.
  • this coil unit is heated and pressurized, and the varnish is thermoset to manufacture the coil unit.
  • this coil alone is incorporated into the iron core slot together with the slot liner and the insulating material in the slot, wedges are installed, and these are fixed to the iron core slot to manufacture a stator winding.
  • the integrated injection method is suitable for medium-voltage and medium-capacity electric motors such as vehicle motors and industrial motors, while the single injection method and prepreg method are suitable for high-voltage and medium-capacity electric motors such as large electric power generators. Suitable for high-capacity generators and the like.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-158113
  • Patent Document 1 describes that a prepreg mica tape in which the mica layer is composed of mica and a thermosetting resin in a semi-cured state is used (see paragraph 0026). Then, in Patent Document 1, the stator coil (coil alone) composed of the coil (conductor) and the electrically insulating layer (mica insulating layer) is heated after the wedge is driven, and the electrically insulating layer (the electrical insulating layer). It is described that the thermosetting resin of the electrically insulating tape (prepreg mica tape) forming the mica insulating layer is cured, whereby the stator coil (coil alone) is fixed to the stator slot (iron core slot). (See paragraph 0050).
  • Patent Document 1 describes that the stator coil (coil alone) is fixed to the stator slot (iron core slot). However, in Patent Document 1, a gap is formed between the electrically insulating layer (mica insulating layer) on the surface of the coil (conductor) and the stator slot (iron core slot), and discharge is performed in this gap when power is applied. There is no mention of the risk of this occurring.
  • the present invention relates to a prepreg mica tape that suppresses the formation of a gap formed between the mica insulating layer on the surface of the conductor and the iron core slot, and a rotary electric machine and a rotary electric machine that suppress the generation of electric discharge during power application. Providing a manufacturing method for.
  • the prepreg mica tape of the present invention includes a mica tape in which a base material and mica paper are adhered by an adhesive, and a semi-cured varnish held on the outermost surface of the mica tape. It is characterized by having.
  • the rotary electric machine of the present invention has a stator winding having a stator core in which an iron core slot is formed and a coil unit having a mica insulating layer formed in a conductor.
  • the mica insulating layer the base material and the mica paper are adhered with an adhesive, and the mica tape impregnated with the varnish in the semi-cured state and the varnish held on the outermost surface of the mica tape in the semi-cured state are provided. It is characterized by having a prepreg mica tape having.
  • a stator winding having a stator core in which an iron core slot is formed and a coil alone in which a mica insulating layer is formed in a conductor is provided. It is a manufacturing method of a rotating electric machine that has -The mica tape, which is made by adhering the base material and mica paper with an adhesive, is impregnated with varnish to make the varnish semi-cured. ⁇ After that, a semi-cured varnish was held on the outermost surface of the mica tape to prepare a prepreg mica tape. ⁇ Pre-preg mica tape is wound around a conductor to form a mica insulating layer, and a single coil is manufactured.
  • a prepreg mica tape that suppresses the formation of a gap formed between a mica insulating layer on the surface of a conductor and an iron core slot, and a rotary electric machine and a rotary electric machine that suppress the generation of electric discharge during power application. Manufacturing method can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically explaining the configuration of the stator winding 10 described in this embodiment.
  • the stator winding 10 described in this embodiment has a stator core 11 in which the iron core slot 13 is formed, and a coil unit 12 incorporated (inserted) in the iron core slot 13. Although not shown, in the stator winding 10, the coil unit 12 is wound between the iron core slot 13 and the iron core slot 13.
  • a rotor coil (not shown) is installed inside the stator winding 10. That is, the rotary electric machine has a stator winding 10 and a rotor coil.
  • stator winding 10 and the rotor coil are used to form a rotating electric machine such as a generator or an electric motor.
  • the rotor coil can be rotated by an external power to draw a current from the stator winding 10.
  • a current can be passed through the stator winding 10 to rotate the rotor coil, and power can be supplied to the outside. That is, the rotor coil installed inside the stator winding 10 is driven (rotated) to function as a rotary electric machine.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically explaining the configuration of the coil unit 12 described in this embodiment. Note that (A) shows the overall configuration of the coil unit 12, and (B) shows a partial enlargement of the coil unit 12.
  • the coil unit 12 described in this embodiment is formed by being tied (twisted) at both ends. That is, one end (for example, the left side of the paper surface) is formed by connecting (twisting) the coil unit 12 and exists outside the stator winding 10. The other end (for example, the right side of the paper surface) is formed by connecting (twisting) the coil unit 12 and exists outside the stator winding 10.
  • the conductor 21 is exposed at any end of the coil unit 12, and the conductor 21 is exposed to the outside of the stator winding 10. This end is connected to an external power source or storage battery.
  • FIG. 2A a long portion in the vertical direction of the coil unit 12 is inserted into the iron core slot 13. That is, the coil unit 12 shown in FIG. 2A shows a state in which the stator winding 10 is viewed from the radial direction.
  • the coil unit 12 has a conductor 21 having a rectangular cross section (for example, a metal wire) and a mica insulating layer 22.
  • the conductor 21 and the conductor 21 are insulated from each other by, for example, a resin material. Then, the conductors 21 that are insulated (insulated and coated) from each other are formed inside the mica insulating layer 22.
  • a prepreg mica tape is used for the mica insulating layer 22.
  • the mica insulating layer 22 is formed of prepreg mica tape.
  • the coil single unit 12 is formed by the insulation-coated conductor 21 and the mica insulating layer 22, and the coil single unit 12 is formed by winding a prepreg mica tape (mica insulating layer 22) around the insulating-coated conductor 21. ..
  • FIG. 3 schematically illustrates the configurations of (a) prepreg mica tape 30, (b) prepreg mica tape 35, (c) prepreg mica tape 36, and (d) prepreg mica tape 37 described in this embodiment.
  • (A) is a conventional prepreg mica tape 30, and (b), (c), and (d) are prepreg mica tape 35, prepreg mica tape 36, and prepreg mica tape of this embodiment. 37.
  • the prepreg mica tape 30, prepreg mica tape 35, prepreg mica tape 36, and prepreg mica tape 37 all have a tape shape and have a shape that can be easily wound around the conductor 21.
  • the conventional prepreg mica tape 30 has a base material 33, mica paper 31, and an adhesive 32. That is, the base material 33 and the mica paper 31 are adhered (bonded and fixed) with the adhesive 32.
  • mica paper 31 Since the mica paper 31 is usually brittle, the mica paper 31 is adhered to the base material 33 to reinforce it. In addition, mica is so-called "mica".
  • the form of mica is not particularly limited.
  • aggregated mica is widely used for mica paper 31.
  • Flake mica may be used as mica depending on the application and the method for producing the insulating material.
  • the particle size of mica that constitutes aggregated mica and flake mica is also set according to the application and the manufacturing method of the insulating material.
  • the base material 33 reinforces the brittle mica paper 31. That is, the base material 33 is used as a reinforcing base material for the mica paper 31.
  • the base material 33 for example, an inorganic base material such as glass cloth or an organic base material such as polyethylene terephthalate film, polyimide film, cellulose paper, aramid paper, and non-woven fabric is used depending on heat resistance and insulating property.
  • an inorganic base material such as glass cloth or an organic base material such as polyethylene terephthalate film, polyimide film, cellulose paper, aramid paper, and non-woven fabric is used depending on heat resistance and insulating property.
  • the shape for example, a sheet shape or a tape shape is used.
  • the adhesive 32 adheres the mica paper 31 and the base material 33. Therefore, the adhesive 32 contains a material (component) capable of adhering the mica paper 31 and the base material 33.
  • the conventional prepreg mica tape 30 is produced by impregnating mica paper 31 with varnish and putting the impregnated varnish in a semi-cured state.
  • the adhesive 32 may be a varnish impregnated in mica paper 31. That is, the mica paper 31 and the base material 33 may be adhered by putting the impregnated varnish in a semi-cured state.
  • the prepreg mica tape of this embodiment forms (holds) a semi-cured varnish 34 on the outermost surface of the conventional prepreg mica tape 30.
  • the semi-cured varnish 34 preferably contains a filler. That is, the prepreg mica tape of this example has a semi-cured varnish 34 containing a filler on the outermost surface of the prepreg mica tape having a semi-cured varnish in which mica paper 31 is impregnated with varnish.
  • the varnish 34 in the semi-cured state will be described as containing a filler. That is, the prepreg mica tape of this example has a base material 33, an adhesive 32, and mica paper 31, and has a semi-cured varnish 34 containing a filler on the outermost surface thereof. As described above, in this embodiment, the varnish 34 in the semi-cured state containing the filler is formed on the outermost surface of the prepreg mica tape having the varnish in the semi-cured state in which the mica paper 31 is impregnated with the varnish.
  • a cured varnish 34 containing no filler may be formed on the outermost surface of the prepreg mica tape. That is, the semi-cured varnish 34 does not have to contain a filler.
  • a semi-cured varnish 34 containing a filler is provided on the outermost surface of the prepreg mica tape having a semi-cured varnish in which mica paper 31 and the base material 33 are impregnated with varnish. , May have.
  • the mica paper 31 and the base material 33 are impregnated with the varnish, and the semi-cured varnish 34 containing the filler is formed on the outermost surface of the prepreg mica tape having the semi-cured varnish. You may.
  • the base material 33 When an inorganic base material such as glass cloth or an organic base material such as polyethylene terephthalate film, polyimide film, cellulose paper, aramid paper, or non-woven fabric is used as the base material 33, the voids in the base material 33 are filled. Impregnate with varnish to make it semi-cured.
  • an inorganic base material such as glass cloth or an organic base material such as polyethylene terephthalate film, polyimide film, cellulose paper, aramid paper, or non-woven fabric is used as the base material 33
  • the voids in the base material 33 are filled. Impregnate with varnish to make it semi-cured.
  • mica paper 31 is impregnated with varnish, and a semi-cured varnish 34 containing a filler is formed on the outermost surface of the mica paper 31 in which the varnish is semi-cured.
  • a semi-cured varnish 34 containing a filler is formed on the outermost surface of the base material 33.
  • the prepreg mica tape 37 shown in FIG. 3D is a semi-cured state in which the mica paper 31 is impregnated with varnish and the outermost surface of the mica paper 31 in which the varnish is semi-cured and the outermost surface of the base material 33 contain a filler. Varnish 34 is formed.
  • thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or a silicone resin is used as the varnish to be in a semi-cured state.
  • the curing reaction of a silicone resin is roughly classified into a condensation reaction for producing a low molecular weight compound such as dehydration condensation and a hydrosilylation reaction (addition reaction).
  • the prepreg mica tape (35, 36, 37) of this example is produced by the following steps.
  • a varnish is applied to a mica tape (a base material 33 and mica paper 31 fixed with an adhesive 32) to which the base material 33 and mica paper 31 are adhered, bonded and fixed with an adhesive 32. It is impregnated and the impregnated varnish (impregnated varnish) is made into a semi-cured state. That is, in the mica tape, the base material 33 and the mica paper 31 are adhered with an adhesive 32, bonded and fixed, and impregnated with a semi-cured varnish.
  • a semi-cured varnish (additional varnish) 34 containing a filler is formed on the outermost surface of the mica tape.
  • the mica insulating layer 22 in this embodiment is held on the outermost surface of the mica tape (prepreg mica tape) impregnated with the semi-cured varnish (impregnated varnish) and the mica tape in a semi-cured state containing a filler. It is formed of prepreg mica tape (35, 36, 37) with a varnish (additional varnish).
  • inorganic particles used for an insulating material such as silica, alumina, and boron nitride are preferable.
  • the viscosity of the additional varnish can be adjusted by adjusting the type, shape, particle size, and content of this filler.
  • the viscosity of the additional varnish during heating can be reduced, that is, the fluidity of the additional varnish can be increased, and the prepreg mica can be increased.
  • the additional varnish can be made easier to flow from the tape (35, 36, 37).
  • the impregnated varnish and the additional varnish are kept in a semi-cured state so as not to flow before heating. That is, it is set to B-stage.
  • the degree of curing of the impregnated varnish and the additional varnish is adjusted.
  • the viscosity (fluidity) of the impregnated varnish and the additional varnish during heating differs depending on the degree of curing of the impregnated varnish and the additional varnish.
  • the fluidity of the impregnated varnish and the additional varnish that is, the viscosity at the time of heating due to the difference in the degree of curing, differs depending on the size and shape of the coil unit 12 and the iron core slot 13, so adjust appropriately.
  • the amount of impregnated varnish and additional varnish and the degree of semi-cured state are adjusted according to the size and shape of the coil unit 12 and the iron core slot 13. Further, the temperature profile of the varnish flow / curing process by heating the stator winding 10 is adjusted.
  • the degree of curing of the impregnated varnish and the degree of curing of the additional varnish may be the same or different.
  • the degree of curing of the additional varnish is lower than the degree of curing of the impregnated varnish. This makes the viscosity of the additional varnish during heating lower than the viscosity of the impregnated varnish, that is, the fluidity of the additional varnish is higher than the fluidity of the impregnated varnish, making it easier for the additional varnish to flow from the prepreg mica tape. can do.
  • the base material 33 and the mica paper 31 are adhered to each other by the adhesive 32, and the mica tape and the varnish 34 in a semi-cured state are held on the outermost surface of the mica tape. And have.
  • the semi-cured varnish 34 preferably contains a filler.
  • the mica paper 31, or the base material 33 and the mica paper 31 are preferably impregnated with a semi-cured varnish. That is, it is preferable that at least the mica paper 31 of the base material 33 and the mica paper 31 is impregnated with the varnish in a semi-cured state.
  • the mica tape obtained by adhering the base material 33 and the mica paper 31 with the adhesive 32 is impregnated with a varnish to make the varnish semi-cured, and then the mica tape is manufactured.
  • the semi-cured varnish 34 is held on the outermost surface.
  • FIG. 4 is an explanatory view for perspectively explaining the configuration of the stator winding 10 described in this embodiment.
  • the stator winding 10 has a stator core 11 and a coil unit 12.
  • the stator winding 10 has three types of insulation: (a) interphase insulation, (b) ground insulation, and (c) winding turn insulation.
  • the stator core 11 has an iron core slot 13 which is a rectangular groove extending in the axial direction (lamination direction), which is formed at regular intervals on the outer circumference of a columnar laminated steel plate in which circular steel plates are laminated.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional configuration when a conventional prepreg mica tape 30 is used in the plane H of FIG. 4 in which the coil unit 12 is incorporated in the iron core slot 13 described in this embodiment.
  • the wedge 41 fixes the coil unit 12, the in-slot insulating material 43, and the slot liner 42 to the iron core slot 13.
  • the wedge 41 is installed in the iron core slot 13 in a wedge shape. That is, after the coil single unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43 are inserted into the iron core slot 13, the coil single unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43 are moved into the iron core slot 13 by the wedge 41. It is fixed.
  • the coil single unit 12 is inserted into the iron core slot 13 together with the slot liner 42 and the in-slot insulating material 43, and the coil single unit 12 is fixed together with the slot liner 42 and the in-slot insulating material 43 by the wedge 41. ..
  • the slot liner 42 reinforces the insulation between the conductor 21 (coil single unit 12) and the stator core 11 and protects the mica insulating layer 22 (coil single unit 12).
  • an organic base material such as a polyethylene terephthalate film, a polyimide film, a cellulose paper, an aramid paper, or a non-woven fabric is used.
  • the insulating material 43 in the slot includes insulation between the conductor 21 (coil single unit 12) and the conductor 21 (coil single unit 12), insulation between the conductor 21 (coil single unit 12) and the stator core 11, and conductor 21 (coil single unit 12). ) And the wedge 41 are reinforced.
  • a laminated composite material of glass cloth and resin is used for the insulating material 43 in the slot.
  • the wedge 41 fixes the coil unit 12, the slot liner 42, and the insulating material 43 in the slot to the iron core slot 13.
  • a laminated composite material of glass cloth and resin is used for the wedge 41.
  • a gap 44 is formed between the two coil single units 12 and the three in-slot insulating materials 43 inserted into the iron core slot 13 and the inner wall (groove side wall) of the iron core slot 13. May be formed. That is, a gap 44 may be formed between the mica insulating layer 22 on the surface of the conductor 21 and the iron core slot 13. When the gap 44 is formed in this way, a discharge may occur in the gap 44 at the time of power application.
  • FIG. 5B shows a cross-sectional configuration when the prepreg mica tape (35, 36, 37) of the present embodiment is used in the plane H of FIG. 4 in which the coil unit 12 is incorporated in the iron core slot 13 described in the present embodiment. It is explanatory drawing explaining.
  • the two coil units 12 inserted into the iron core slot 13 and the three in-slot insulating materials 43 and the iron core slot The gap 44 formed between the inner wall of 13 and the inner wall of 13 becomes smaller. This is because the varnish exuded from the mica insulating layer 22 (prepreg mica tape (35, 36, 37) of this example) in this example by the flow / curing process of the varnish described later is the surface of the mica insulating layer 22. This is to cover the gap 44 and further fill the gap 44. That is, the varnish 45 (the varnish 45 that fills the gap 44) is formed in the gap 44.
  • the varnish 45 completely fills the gap 44.
  • the discharge generated in the gap 44 can be completely suppressed at the time of power application.
  • the varnish 45 does not completely fill the gap 44 and makes the gap 44 smaller, it is possible to suppress the discharge generated in the gap 44 at the time of power application.
  • a corona prevention layer (d) and an electric field relaxation layer (e) may be provided on the stator winding 10 in order to suppress the generation of electric discharge in the gap 44 (FIG. 4). reference).
  • a corona prevention layer (d) and an electric field relaxation layer (e) are installed in the stator winding 10.
  • the rotary electric machine described in this embodiment has a stator winding 10 and a rotor coil as compared with these three conventional methods, and the stator winding 10 is formed with an iron core slot 13. It has a stator core 11 and a coil unit 12 having an insulatingly coated conductor 21 and a special mica insulating layer 22 (a coil unit 12 having a mica insulating layer 22 formed on an insulatingly coated conductor 21). That is, the rotary electric machine described in this embodiment has a stator core 11 in which the iron core slot 13 is formed, and a coil unit 12 in which a special mica insulating layer 22 is formed on a conductor 21 coated with insulation. It has a wire 10.
  • the base material 33 and the mica paper 31 are adhered with an adhesive 32, and the mica tape impregnated with the semi-cured varnish (impregnated varnish) is held on the outermost surface of the mica tape.
  • the mica tape impregnated with the semi-cured varnish is held on the outermost surface of the mica tape.
  • the coil unit 12 has a mica insulating layer 22 having an impregnated varnish and an additional varnish formed on the insulatingly coated conductor 21.
  • stator winding 10 is inserted into the iron core slot 13 together with the coil unit 12, the slot liner 42 that protects the coil unit 12, the in-slot insulating material 43 that insulates the coil unit 12, the coil unit 12, and the inside of the slot. It has a wedge 41 for fixing the insulating material 43 and the slot liner 42 to the iron core slot 13.
  • the mica insulating layer 22 is impregnated and held in the gap 44 formed by the coil unit 12, the slot liner 42, and the insulating material 43 in the slot, and formed between the mica insulating layer 22 and the iron core slot 13. And forms a varnish that has exuded from the mica insulating layer 22.
  • the stator winding 10 by heating the stator winding 10, the impregnated varnish and the additional varnish exude from the mica insulating layer 22, and the gap 44 formed between the mica insulating layer 22 and the iron core slot 13 is filled with these varnishes. , The stator winding 10 is manufactured. As a result, the occurrence of discharge in the gap 44 is suppressed during power application.
  • the method for manufacturing a rotary electric machine described in this embodiment is particularly a stator winding having a stator core 11 in which an iron core slot 13 is formed and a coil unit 12 in which a mica insulating layer 22 is formed in a conductor 21. It is a manufacturing method of the wire 10, and has the following STEP.
  • STEP1 A prepreg mica tape having an impregnated varnish (semi-cured state) and an additional varnish (semi-cured state) is wound around an insulating-coated conductor 21 to form a mica insulating layer 22, and a coil unit 12 is manufactured.
  • the mica tape obtained by adhering the base material 33 and the mica paper 31 with the adhesive 32 is impregnated with the varnish to make the varnish semi-cured, and then the outermost surface of the mica tape contains a half-filler.
  • the cured varnish is retained to prepare prepreg mica tape (35, 36, 37), and the prepreg mica tape (35, 36, 37) is wound around the conductor 21 to form the mica insulating layer 22, and the coil alone. 12 is manufactured.
  • STEP2 The slot liner 42 and the insulating material 43 in the slot are inserted into the iron core slot 13 together with the coil unit 12 manufactured in STEP1, and then the wedge 41 is installed.
  • the coil unit 12, the slot liner 42, and the insulating material 43 in the slot are fixed by the wedge 41 to manufacture the stator winding 10 (stator winding 10 before heating) in the intermediate stage.
  • the coil unit 12 is inserted into the iron core slot 13 together with the slot liner 42 that protects the coil unit 12 and the in-slot insulating material 43 that insulates the coil unit 12, and the coil unit 12, the slot liner 42, and the slot are inserted.
  • the insulating material 43 is fixed to the iron core slot 13 by the wedge 41 to manufacture the stator winding 10 in the intermediate stage.
  • the varnish impregnated and held in the mica insulating layer 22 is injected into the gap 44 formed between the mica insulating layer 22 and the iron core slot 13 (the varnish flows), and the varnish 45 fills the gap 44. Filling, varnish 45 is formed in the gap 44. The varnish 45 filled in the gap 44 is then cured.
  • the stator winding 10 in the intermediate stage is heated, the varnish impregnated in the mica insulating layer 22 and held is made to flow, and the coil unit 12, the slot liner 42, and the insulating material 43 in the slot are combined.
  • the mica insulating layer 22 is impregnated and held, and a flowing varnish is formed, cured, and the stator winding 10 ( The stator winding 10 after heating and the final stage stator winding 10) are manufactured.
  • the stator winding 10 is manufactured by using the prepreg mica tape (35, 36, 37) of the present embodiment
  • the prepreg mica tape is wound around the insulating coated conductor 21 to mica.
  • the insulating layer 22 is formed to manufacture the coil unit 12, and the coil unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43 are inserted into the iron core slot 13, and the coil unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43 are inserted.
  • the stator winding 10 is manufactured by fixing with a wedge 41.
  • the stator winding 10 is heated based on the flow / curing process of the varnish, and the impregnated varnish and the additional varnish are flowed / cured to manufacture the stator winding 10.
  • the flowing impregnated varnish and the additional varnish exude from the surface of the mica insulating layer 22 and fill the gap 44 that was present before heating. That is, the varnish 45 is formed in the gap 44.
  • the gap 44 becomes smaller, or the gap 44 is completely filled, and it is possible to suppress the discharge that may occur in the gap 44 at the time of power application.
  • FIG. 6 is an explanatory view schematically illustrating a cross section of the outermost surface of the mica insulating layer 22 formed on the conductor 21 of the coil unit 12 described in this embodiment.
  • B This is the case of double (multiple).
  • the case where the prepreg mica tape 35 is used is shown. However, the same applies when the prepreg mica tape 36 or the prepreg mica tape 37 is used.
  • the prepreg mica tape 35 is wound around the conductor 21 in STEP 1 while partially overlapping the bandage (spiral band). Therefore, in STEP 3, when the stator winding 10 is heated, the varnish (impregnated varnish) impregnated in the prepreg mica tape 35 and the varnish (additional varnish) containing the filler formed on the outermost surface of the prepreg mica tape 35 are present. , The surface and end face of the prepreg mica tape 35 seep into the surface of the mica insulating layer 22 and the gap 46 between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35.
  • the semi-cured impregnated varnish and the additional varnish whose viscosity has decreased due to heating exude from the surface of the prepreg mica tape 35 to the surface of the mica insulating layer 22 at the initial stage of the flow / curing process of the varnish by heating.
  • the prepreg mica tape 35 also seeps into the gap 46 between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35.
  • the impregnated varnish and the additional varnish exude from the prepreg mica tape 35 to the surface of the mica insulating layer 22 and into the gap 46 between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35, and the mica insulating layer.
  • a thermosetting resin layer containing a filler is formed on the surface of 22 and in the gap 46 between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35.
  • the insulating property of the prepreg mica tape 35 in the stacking direction is high.
  • a gap 46 may be formed at the interface between the laminated prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35, resulting in a defect in insulating properties.
  • the impregnated varnish and the additional varnish are prepreg mica from the end face of the prepreg mica tape 35. It exudes into the gap 46 between the tape 35 and the prepreg mica tape 35.
  • thermosetting resin layer containing the filler can be formed in the gap 46 between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35.
  • the partial discharge resistance at the interface between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35 can be improved.
  • the impregnated varnish and the additional varnish also exude from the end face of the prepreg mica tape 35 to the surface of the mica insulating layer 22.
  • the prepreg mica tape (35, 36, 37) of this embodiment can also be used in a method for manufacturing a rotary electric machine using the prepreg method, particularly a method for manufacturing a stator winding 10.
  • the manufacturing method of the stator winding 10 in this case has the following STEP.
  • the mica tape obtained by adhering the base material 33 and the mica paper 31 with the adhesive 32 is impregnated with varnish to make the varnish semi-cured, and then the outermost surface of the mica tape is in a semi-cured state containing a filler.
  • Prepreg mica tape (35, 36, 37) is prepared by holding the varnish of the above, and the prepreg mica tape (35, 36, 37) is wound around the conductor 21 to form the mica insulating layer 22, and the coil in the intermediate stage.
  • the single unit 12 is manufactured.
  • the coil unit 12 in the intermediate stage is heated and pressurized, the varnish is thermoset, and the coil unit 12 in the final stage is manufactured.
  • the coil single unit 12 at the final stage is inserted into the iron core slot 13 together with the slot liner 42 and the in-slot insulating material 43, and the coil single unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43 are inserted into the iron core slot 13.
  • the stator winding 10 is manufactured by fixing with a wedge.
  • thermosetting resin layer containing a filler can be formed in the gap 46 between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35.
  • the partial discharge resistance at the interface between the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape 35 can be improved.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram schematically explaining the temperature profile of the flow / curing process of the varnish by heating the stator winding 10 described in this embodiment.
  • the temperature of the semi-cured varnish decreases, the viscosity of the varnish decreases, the varnish gels, and when the temperature rises further, the varnish begins to cure, and finally the entire varnish cures. That is, in the initial stage of heating, the viscosity of the impregnated varnish and the additional varnish of the mica insulating layer 22 decreases due to the temperature rise of the varnish, and the varnish becomes the surface of the mica insulating layer 22 and the prepreg mica tape 35 and the prepreg mica tape. It exudes into the gap 46 between the iron core slot 13 and flows inside the iron core slot 13.
  • the stator winding 10 when the stator winding 10 is heated, the stator winding 10 rotates about the axis, so that the varnish that seeps out easily flows inside the iron core slot 13. As a result, the varnish that exudes fills the gaps 44 and 46 that existed before heating. That is, the varnish that exudes is formed in the gap 44 and the gap 46. As a result, it is possible to suppress the discharge that may occur in the gap 44 or the gap 46 when the power is applied.
  • the mica insulating layer 22 is impregnated with a semi-cured varnish and held, and at least one of the slot liner 42, the in-slot insulating material 43, and the wedge 41 is also impregnated with the semi-cured varnish. It may be retained.
  • the varnish may be held only in the slot liner 42, only the in-slot insulating material 43, and only in the wedge 41. Further, the varnish may be held by the slot liner 42 and the wedge 41, held by the slot liner 42 and the in-slot insulating material 43, and held by the wedge 41 and the in-slot insulating material 43.
  • stator winding 10 may be heated to flow and cure the varnish.
  • the varnish impregnated and held in the mica insulating layer 22 flows, and further, the slot liner 42, the insulating material 43 in the slot, and the wedge 41 also flow.
  • heating the stator windings 10 also reduces the viscosity of the varnish held by the stator windings 10, and the varnish held by these also flows inside the iron core slot 13.
  • the varnish When the varnish is held by the slot liner 42, the varnish is applied (held) to the surface of the film or paper (the surface of the slot liner 42), and the gap (inside) of the film or paper (the gap of the slot liner 42). Is impregnated (retained).
  • the varnish When the varnish is held by the in-slot insulating material 43, the varnish is applied (held) to the surface of the in-slot insulating material 43, particularly the surface of the in-slot insulating material 43, which faces the coil unit 12. ).
  • the varnish When the varnish is held by the wedge 41, the varnish is applied (held) to the surface of the wedge 41, particularly to the surface of the wedge 41 facing the insulating material 43 in the slot.
  • the amount of varnish held in the slot liner 42, the insulating material 43 in the slot, and the wedge 41 and the degree of semi-cured state are adjusted according to the size and shape of the coil unit 12 and the iron core slot 13.
  • the temperature profile of the varnish flow / curing process by heating the stator winding 10 is adjusted.
  • the iron core slot 13 may be replenished with varnish.
  • the slot liner 42, the insulating material 43 in the slot, and the wedge 41 are not limited to holding the varnish, and the varnish may be directly applied to the coil unit 12 to replenish the varnish.
  • thermosetting resin such as an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or a silicone resin is preferable, and it is used for an impregnated varnish and an additional varnish. It is preferable to use the same varnish as the varnish to be used.
  • the stator winding 10 in this case is inserted into the iron core slot 13 together with the coil unit 12, the slot liner 42, the in-slot insulating material 43, the coil unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43. It has a wedge 41 for fixing the varnish to the iron core slot 13, and holds a semi-cured varnish in at least one of the slot liner 42, the insulating material 43 in the slot, and the wedge 41 together with the coil unit 12.
  • the varnish held in at least one of the, is allowed to flow.
  • the stator winding 10 is formed by at least one of a coil unit 12 having a mica insulating layer 22 impregnated and held with varnish in advance, a slot liner 42 holding the varnish in advance, an insulating material 43 in the slot, and a wedge 41.
  • the coil unit 12, the slot liner 42, and the insulating material 43 in the slot may be inserted into the iron core slot 13 and fixed by a wedge 41.
  • the manufacturing method of the stator winding 10 in this case has the following STEP.
  • the mica tape obtained by adhering the base material 33 and the mica paper 31 with the adhesive 32 is impregnated with varnish to make the varnish semi-cured, and then the outermost surface of the mica tape is in a semi-cured state containing a filler.
  • Prepreg mica tape (35, 36, 37) is produced by holding the varnish of the above, and the prepreg mica tape (35, 36, 37) is wound around the conductor 21 to form the mica insulating layer 22, and the coil unit 12 is formed. To manufacture.
  • At least one of the slot liner 42, the in-slot insulating material 43, and the wedge 41 for fixing the slot liner 42 and the in-slot insulating material 43 to the iron core slot 13 holds a varnish in a semi-cured state in advance.
  • the coil unit 12 is inserted into the iron core slot 13 together with the slot liner 42 and the in-slot insulating material 43, and the coil unit 12, the slot liner 42, and the in-slot insulating material 43 are fixed to the iron core slot 13 by wedges. , Manufacture the stator winding 10 in the intermediate stage.
  • stator winding 10 (a stator winding 10 after heating, a stator winding 10 in the final stage).
  • the use of the prepreg mica tape (35, 36, 37) of this embodiment eliminates the need for manufacturing equipment and manufacturing steps for vacuum pressure injection of varnish.
  • thermosetting resin layer containing a filler can be formed on the surface of the mica insulating layer 22 and in the gap 46 between the prepreg mica tape and the prepreg mica tape. This makes it possible to improve the partial discharge resistance at the interface between the prepreg mica tape and the prepreg mica tape.
  • the varnish is injected into the fine voids of the dry mica tape so that voids do not remain in the mica insulating layer 22.
  • the fine voids of the dry mica tape are vacuum impregnated (vacuum pressurization injection) with varnish over a long period of time. In this embodiment, it is not necessary to vacuum impregnate (vacuum pressurize injection) the varnish into the fine voids of the dry mica tape over a long period of time.
  • the varnish can be cured to manufacture the coil unit 12 without pressurizing the coil unit 12. Therefore, the manufacturing time can be shortened.
  • the integral injection method it is not necessary to immerse the stator winding 10 in the varnish, so that excess varnish does not adhere to unnecessary parts. As a result, the amount of varnish used can be reduced. Further, for example, when the varnish adheres to the inner circumference of the stator winding 10, it affects the gap between the stator winding 10 and the rotor coil, and the varnish adheres to the outer circumference of the stator winding 10. If this is the case, the cooling efficiency of the stator winding 10 may be affected.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been specifically described in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.

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Abstract

本発明は、導体の表面のマイカ絶縁層と鉄心スロットとの間に形成される間隙の形成を抑制するプリプレグマイカテープ、及び、課電時の放電の発生を抑制する回転電機を提供する。本発明のプリプレグマイカテープは、基材とマイカペーパとが、接着剤により、接着されるマイカテープと、マイカテープの最表面に保持される、半硬化状態のワニスと、を有することを特徴とする。そして、本発明の回転電機は、鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有し、マイカ絶縁層は、基材とマイカペーパとが接着剤で接着され、半硬化状態のワニスが含浸するマイカテープと、マイカテープの最表面に保持され、半硬化状態のワニスと、を有するプリプレグマイカテープを有することを特徴とする。

Description

プリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法
 本発明は、プリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法に関する。
 発電機、電動機、変圧器などの電気機器において、これら電気機器に使用されるコイルを絶縁し、固着するため、電気絶縁性(絶縁信頼性)が高く、機械的特性にも優れる熱硬化性樹脂が広く使用される。
 そして、発電機や電動機などの高電圧の回転電機の絶縁には、絶縁信頼性が高いマイカ絶縁システムが使用される。
 特に、回転電機を構成する固定子巻線の製造方法には、このマイカ絶縁システムが使用され、例えば、以下のような製造方法(3つの従来の方式)がある。
 (1)一体注入方式(全含浸方式)
 先ず、絶縁被覆した導体に、ドライマイカテープを巻回してコイル単体を製造する。次に、このコイル単体を、スロットライナ及びスロット内絶縁材と共に、鉄心スロットに組み込み、ウェッジを設置し、これらを鉄心スロットに固定し、固定子巻線を製造する。次に、この固定子巻線をワニスに浸漬し、この固定子巻線にワニスを真空含浸(真空加圧注入)する。最後に、この固定子巻線を加熱し、ワニスを熱硬化し、固定子巻線を製造する。
 (2)単独注入方式
 発電所や変電所で使用される高電圧・大容量の発電機のように、非常に大きな固定子巻線が使用される場合、固定子巻線全体にワニスを真空含浸することは、設備上、実質的に困難である。このため、ワニスが硬化した後のコイル単体を鉄心スロットに組み込み、固定子巻線を製造することが多い。
 つまり、先ず、絶縁被覆した導体に、ドライマイカテープを巻回してコイル単体を製造する。次に、このコイル単体をワニスに浸漬し、このコイル単体にワニスを真空含浸(真空加圧注入)する。次に、このコイル単体を加熱し、ワニスを熱硬化し、コイル単体を製造する。最後に、このコイル単体を、スロットライナ及びスロット内絶縁材と共に、鉄心スロットに組み込み、ウェッジを設置し、これらを鉄心スロットに固定し、固定子巻線を製造する。
 (3)プリプレグ方式
 マイカテープにあらかじめワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にしたプリプレグマイカテープを使用する。
 そして、先ず、絶縁被覆した導体に、プリプレグマイカテープを巻回してコイル単体を製造する。次に、このコイル単体を加熱・加圧し、ワニスを熱硬化し、コイル単体を製造する。最後に、このコイル単体を、スロットライナ及びスロット内絶縁材と共に、鉄心スロットに組み込み、ウェッジを設置し、これらを鉄心スロットに固定し、固定子巻線を製造する。なお、プリプレグ方式においては、ワニスを真空含侵(真空加圧注入)する必要はない。
 一体注入方式は、例えば、車両用電動機や産業電動機などの中電圧及び中容量の電動機などに好適であり、一方、単独注入方式やプリプレグ方式は、例えば、電力用大型発電機などの高電圧及び高容量の発電機などに好適である。
 こうした技術分野における背景技術として、プリプレグ方式について、特開2010-158113号公報(特許文献1)がある。
 特許文献1には、マイカ層がマイカと半硬化状態の熱硬化性樹脂とからなるプリプレグマイカテープを使用することが記載されている(段落0026参照)。そして、特許文献1には、コイル(導体)と電気絶縁層(マイカ絶縁層)とからなる固定子コイル(コイル単体)は、楔(ウェッジ)が打ち込まれた後、加熱され、電気絶縁層(マイカ絶縁層)を形成する電気絶縁テープ(プリプレグマイカテープ)の熱硬化性樹脂が硬化され、これによって、固定子コイル(コイル単体)は、固定子スロット(鉄心スロット)に固定されることが記載されている(段落0050参照)。
特開2010-158113号公報
 特許文献1には、固定子コイル(コイル単体)が、固定子スロット(鉄心スロット)に固定されることが記載されている。しかし、特許文献1には、コイル(導体)の表面の電気絶縁層(マイカ絶縁層)と固定子スロット(鉄心スロット)との間には、間隙が形成され、課電時に、この間隙で放電が発生する恐れについては記載されていない。
 そこで、本発明は、導体の表面のマイカ絶縁層と鉄心スロットとの間に形成される間隙の形成を抑制するプリプレグマイカテープ、並びに、課電時の放電の発生を抑制する回転電機及び回転電機の製造方法を提供する。
 上記した課題を解決するため、本発明のプリプレグマイカテープは、基材とマイカペーパとが、接着剤により、接着されるマイカテープと、マイカテープの最表面に保持される、半硬化状態のワニスと、を有することを特徴とする。
 また、上記した課題を解決するため、本発明の回転電機は、鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有する回転電機であって、マイカ絶縁層は、基材とマイカペーパとが接着剤で接着され、半硬化状態のワニスが含浸するマイカテープと、マイカテープの最表面に保持され、半硬化状態のワニスと、を有するプリプレグマイカテープを有することを特徴とする。
 また、上記した課題を解決するため、本発明の回転電機の製造方法は、鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有する回転電機の製造方法であって、
・基材とマイカペーパとを、接着剤で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、
・その後、マイカテープの最表面に、半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープを作製し、
・プリプレグマイカテープを、導体に巻回し、マイカ絶縁層を形成し、コイル単体を製造し、
・コイル単体を、鉄心スロットに、コイル単体を保護するスロットライナ、コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と共に挿入し、
・コイル単体、スロットライナ、スロット内絶縁材を、鉄心スロットに固定し、中間段階の固定子巻線を製造することを特徴とする。
 本発明によれば、導体の表面のマイカ絶縁層と鉄心スロットとの間に形成される間隙の形成を抑制するプリプレグマイカテープ、並びに、課電時の放電の発生を抑制する回転電機及び回転電機の製造方法を提供することができる。
 なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。
本実施例に記載する固定子巻線10の構成を模式的に説明する断面図である。 本実施例に記載するコイル単体12の構成を模式的に説明する説明図である。 本実施例に記載する(a)プリプレグマイカテープ30、(b)プリプレグマイカテープ35、(c)プリプレグマイカテープ36、及び、(d)プリプレグマイカテープ37の構成を模式的に説明する説明図である。 本実施例に記載する固定子巻線10の構成を斜視的に説明する説明図である。 本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、従来のプリプレグマイカテープ30を使用する場合の、断面構成を説明する説明図である。 本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する場合の、断面構成を説明する説明図である。 本実施例に記載するコイル単体12の導体21に形成されるマイカ絶縁層22の最表面の断面を模式的に説明する説明図であり、(a)1重の場合、及び、(b)2重(多重)の場合である。 本実施例に記載する固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを模式的に説明する説明図である。
 以下、図面を使用して、本発明の実施例を説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。
 先ず、本実施例に記載する固定子巻線10の構成を模式的に説明する。
 図1は、本実施例に記載する固定子巻線10の構成を模式的に説明する断面図である。
 本実施例に記載する固定子巻線10は、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、鉄心スロット13に組み込まれる(挿入される)コイル単体12と、を有する。なお、図示はしていないが、固定子巻線10は、鉄心スロット13と鉄心スロット13との間でコイル単体12が巻回される。
 回転電機は、固定子巻線10の内側に、回転子コイル(図示せず)が設置される。つまり、回転電機は、固定子巻線10と回転子コイルとを有する。
 このように、固定子巻線10と回転子コイルとを使用し、発電機や電動機などの回転電機を構成する。そして、回転電機が発電機である場合には、回転子コイルを、外部からの動力により回転させ、固定子巻線10から電流を取り出すことができる。また、回転電機が電動機である場合には、固定子巻線10に電流を流し、回転子コイルを回転させ、動力を外部に供給することができる。つまり、固定子巻線10の内側に設置される回転子コイルが駆動(回転)することにより、回転電機として機能する。
 次に、本実施例に記載するコイル単体12の構成を模式的に説明する。
 図2は、本実施例に記載するコイル単体12の構成を模式的に説明する説明図である。なお、(A)はコイル単体12の全体構成を示し、(B)はコイル単体12の部分拡大を示す。
 本実施例に記載するコイル単体12は、図2(A)に示すように、両端部において、結ばれて(捻られて)形成される。つまり、一端部(例えば、紙面左側)は、コイル単体12が結ばれて(捻られて)形成され、固定子巻線10の外側に存在する。また、他端部(例えば、紙面右側)は、コイル単体12が結ばれて(捻られて)形成され、固定子巻線10の外側に存在する。
 そして、コイル単体12のいずれかの端部は、導体21が露出し、導体21は、固定子巻線10の外側に露出する。この端部は、外部電源や蓄電池と接続される。
 なお、コイル単体12は、図2(A)中、上下方向の長尺部分が、鉄心スロット13に挿入される。つまり、図2(A)に示すコイル単体12は、固定子巻線10を径方向から見た状態を示すものである。
 また、コイル単体12は、図2(B)に示すように、断面が矩形形状の導体21(例えば、金属線など)とマイカ絶縁層22とを有する。
 導体21と導体21とは、例えば、樹脂材料などにより、相互に絶縁される。そして、相互に絶縁される(絶縁被覆した)導体21は、マイカ絶縁層22の内部に形成される。そして、マイカ絶縁層22には、プリプレグマイカテープが使用される。
 つまり、マイカ絶縁層22は、プリプレグマイカテープにより形成される。そして、コイル単体12は、絶縁被覆した導体21とマイカ絶縁層22とにより形成され、コイル単体12は、絶縁被覆した導体21に、プリプレグマイカテープ(マイカ絶縁層22)を巻回して形成される。
 次に、本実施例に記載する(a)プリプレグマイカテープ30、(b)プリプレグマイカテープ35、(c)プリプレグマイカテープ36、及び、(d)プリプレグマイカテープ37の構成を模式的に説明する。
 図3は、本実施例に記載する(a)プリプレグマイカテープ30、(b)プリプレグマイカテープ35、(c)プリプレグマイカテープ36、及び、(d)プリプレグマイカテープ37の構成を模式的に説明する説明図であり、(a)は、従来のプリプレグマイカテープ30であり、(b)、(c)、(d)は、本実施例のプリプレグマイカテープ35、プリプレグマイカテープ36、プリプレグマイカテープ37である。
 なお、プリプレグマイカテープ30、プリプレグマイカテープ35、プリプレグマイカテープ36、プリプレグマイカテープ37は、いずれも、テープ形状を有し、導体21に巻回し易い形状を有する。
 従来のプリプレグマイカテープ30は、基材33とマイカペーパ31と接着剤32とを有する。つまり、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着する(貼り合わせる、固定する)。
 マイカペーパ31は、通常、脆いため、マイカペーパ31を基材33に接着し、補強する。なお、マイカとは、所謂「雲母」と呼称されるものである。マイカの形態は、特に制限されない。マイカペーパ31には、マイカとして、集成マイカが広く使用される。なお、用途や絶縁材の製造方法などに応じて、マイカとして、フレークマイカを使用してもよい。また、集成マイカやフレークマイカを構成するマイカの粒径も、用途や絶縁材の製造方法などに応じて、設定する。
 基材33は、脆いマイカペーパ31を補強するものである。つまり、基材33は、マイカペーパ31の補強基材として使用される。基材33は、例えば、耐熱性や絶縁性に応じて、ガラスクロスなどの無機基材、又は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、セルロース紙、アラミド紙、不織布などの有機基材が使用される。また、その形状も、例えば、シート形状やテープ形状などが使用される。
 接着剤32は、マイカペーパ31と基材33とを接着するものである。従って、接着剤32は、マイカペーパ31と基材33とを接着できる材料(成分)を含む。
 そして、マイカペーパ31にワニスを含浸させ、含浸させたワニスを半硬化状態にすることにより、従来のプリプレグマイカテープ30を作製する。
 なお、接着剤32は、マイカペーパ31に含浸させるワニスでもよい。つまり、含浸させたワニスを半硬化状態にすることにより、マイカペーパ31と基材33とを接着してもよい。
 本実施例のプリプレグマイカテープは、従来のプリプレグマイカテープ30の最表面に、半硬化状態のワニス34を形成する(保持させる)。なお、この半硬化状態のワニス34は、フィラーを含有することが好ましい。つまり、本実施例のプリプレグマイカテープは、マイカペーパ31にワニスを含浸させた、半硬化状態のワニスを有するプリプレグマイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34を有する。
 以下、本実施例では、この半硬化状態のワニス34は、フィラーを含有するものとして、説明する。つまり、本実施例のプリプレグマイカテープは、基材33と接着剤32とマイカペーパ31とを有し、その最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34を有する。このように、本実施例では、マイカペーパ31に、ワニスを含浸させた、半硬化状態のワニスを有するプリプレグマイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34を、形成する。
 ただし、プリプレグマイカテープの最表面に、フィラーを含有しない硬化状態のワニス34を、形成してもよい。つまり、この半硬化状態のワニス34は、フィラーを含有しなくてもよい。
 また、本実施例のプリプレグマイカテープは、マイカペーパ31及び基材33にワニスを含浸させた、半硬化状態のワニスを有するプリプレグマイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34を、有してもよい。このように、本実施例では、マイカペーパ31及び基材33に、ワニスを含浸させ、半硬化状態のワニスを有するプリプレグマイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34を、形成してもよい。
 そして、基材33として、ガラスクロスなどの無機基材、又は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、セルロース紙、アラミド紙、不織布などの有機基材を使用する場合には、基材33の空隙に、ワニスを含浸させ、半硬化状態にする。
 図3(b)に示すプリプレグマイカテープ35は、マイカペーパ31にワニスを含浸させ、ワニスが半硬化状態のマイカペーパ31の最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34が形成される。
 図3(c)に示すプリプレグマイカテープ36は、基材33の最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34が形成される。
 図3(d)に示すプリプレグマイカテープ37は、マイカペーパ31にワニスを含浸させ、ワニスが半硬化状態のマイカペーパ31の最表面、及び、基材33の最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス34が形成される。
 なお、半硬化状態にするワニスとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。特に、シリコーン樹脂の硬化反応は、脱水縮合のような低分子量の化合物を生成する縮合反応と、ヒドロシリル化反応(付加反応)と、に大別される。
 特に、縮合反応の場合、低分子量の化合物が絶縁層に残留すると、気泡(ボイド)が形成され、絶縁性の欠陥となる恐れがある。また、絶縁層から低分子量の化合物が抜けることにより、硬化時の収縮が大きくなる恐れがある。このため、ワニスとして、シリコーン樹脂を使用する場合には、ヒドロシリル化反応により硬化する付加硬化型のワニスを使用することが好ましい。
 このように、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)は、以下の工程により、作製される。
(1)先ず、基材33とマイカペーパ31とを接着剤32で接着し、貼り合わせ、固定されるマイカテープ(基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で固定したもの)に、ワニスを含浸させ、含浸されたワニス(含浸ワニス)を半硬化状態にする。つまり、マイカテープは、基材33とマイカペーパ31とが接着剤32で接着され、貼り合わせ、固定され、半硬化状態のワニスが含浸する。
(2)そして、このマイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス(追加ワニス)34を形成する。
 つまり、本実施例におけるマイカ絶縁層22は、半硬化状態のワニス(含浸ワニス)を含浸したマイカテープ(プリプレグマイカテープ)と、マイカテープの最表面に保持され、フィラーを含有する半硬化状態のワニス(追加ワニス)と、を有するプリプレグマイカテープ(35、36、37)により形成される。
 また、追加ワニスに含有するフィラーとしては、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素などの絶縁材料に使用される無機粒子が好ましい。このフィラーの種類、形状、粒径、及び、含有量を調整することにより、追加ワニスの粘度を調整することができる。
 このフィラーの種類、形状、粒径、及び、含有量を調整することにより、加熱時の追加ワニスの粘度を低くすることができ、つまり、追加ワニスの流動性を高くすることができ、プリプレグマイカテープ(35、36、37)から追加ワニスを流動しやすくすることができる。
 なお、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)は、テープとしての形状を保持するため、含浸ワニス及び追加ワニスが、加熱前には流動しないように、これらワニスを半硬化状態、つまり、B-ステージにする。
 一方、絶縁被覆した導体21に、プリプレグマイカテープを巻回する上で、プリプレグマイカテープに必要となる柔軟性を持たせるため、含浸ワニス及び追加ワニスの硬化度合いを調整する。なお、加熱時の含浸ワニス及び追加ワニスの粘度(流動性)は、含浸ワニス及び追加ワニスの硬化度合いにより相違する。
 含浸ワニス及び追加ワニスは、加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの初期段階において、加熱により粘度が低下した半硬化状態の含浸ワニス及び追加ワニスが染み出す(流動する、流出する)ようになる。
 そして、含浸ワニス及び追加ワニスの流動性、つまり、硬化度合いの相違による加熱時の粘度は、コイル単体12や鉄心スロット13の大きさや形状により相違するため、適宜、調整する。なお、コイル単体12や鉄心スロット13の大きさや形状に応じて、含浸ワニス及び追加ワニスの量や半硬化状態の程度を調整する。更に、固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを調整する。
 また、含浸ワニスの硬化度合いと追加ワニスの硬化度合いとは、同一でもよいし、相違してもよい。例えば、含浸ワニスの硬化度合いよりも、追加ワニスの硬化度合いを低くする。これにより、加熱時の追加ワニスの粘度を、含浸ワニスの粘度よりも低くし、つまり、追加ワニスの流動性を、含浸ワニスの流動性よりも高くし、プリプレグマイカテープから追加ワニスを流動しやすくすることができる。
 このように、本実施例におけるプリプレグマイカテープは、基材33とマイカペーパ31とが、接着剤32により、接着されるマイカテープと、マイカテープの最表面に保持される、半硬化状態のワニス34と、を有する。なお、半硬化状態のワニス34は、フィラーを含有することが好ましい。そして、マイカペーパ31、又は、基材33及びマイカペーパ31は、半硬化状態のワニスが含浸されることが好ましい。つまり、基材33及びマイカペーパ31のうち、少なくともマイカペーパ31には、半硬化状態のワニスが含浸されることが好ましい。
 そして、本実施例におけるプリプレグマイカテープの製造方法は、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にした後、マイカテープの最表面に、半硬化状態のワニス34を保持させる。
 次に、本実施例に記載する固定子巻線10の構成を斜視的に説明する。
 図4は、本実施例に記載する固定子巻線10の構成を斜視的に説明する説明図である。
 固定子巻線10は、図4に示すように、固定子鉄心11とコイル単体12とを有する。なお、固定子巻線10は、(a)相間絶縁、(b)対地絶縁、(c)巻線ターン間絶縁の三つの絶縁を有する。
 固定子鉄心11は、円形状の鋼板が積層された円柱状の積層鋼板の外周に一定間隔で形成される、軸方向(積層方向)に伸びる矩形の溝である鉄心スロット13を有する。
 次に、本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、従来のプリプレグマイカテープ30を使用する場合の、断面構成を説明する。
 図5Aは、本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、従来のプリプレグマイカテープ30を使用する場合の、断面構成を説明する説明図である。
 鉄心スロット13には、積層される2つのコイル単体12と、2つのコイル単体12の側方(固定子巻線10の周方向)の溝側壁との間で、2つのコイル単体12を挟み込む位置に設置されるスロットライナ42と、2つのコイル単体12を上下(固定子巻線10の径方向)に挟み込むように設置される3つのスロット内絶縁材43と、が設置される。更に、スロット内絶縁材43の上(固定子巻線10の径方向)にはウェッジ41が設置される。
 つまり、スロットライナ42が挿入される鉄心スロット13には、3つのスロット内絶縁材43に、2つのコイル単体12が挟持される。
 ウェッジ41は、コイル単体12、スロット内絶縁材43、スロットライナ42を、鉄心スロット13に、固定するものである。ウェッジ41は、鉄心スロット13に楔状に設置される。つまり、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43が、鉄心スロット13に挿入された後に、ウェッジ41により、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43が、鉄心スロット13に、固定される。
 このように、コイル単体12は、スロットライナ42及びスロット内絶縁材43と共に、鉄心スロット13に挿入され、コイル単体12は、スロットライナ42及びスロット内絶縁材43と共に、ウェッジ41により、固定される。
 スロットライナ42は、導体21(コイル単体12)と固定子鉄心11との絶縁を補強すると共に、マイカ絶縁層22(コイル単体12)を保護するものである。なお、スロットライナ42には、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、セルロース紙、アラミド紙、不織布などの有機基材が使用される。
 スロット内絶縁材43は、導体21(コイル単体12)と導体21(コイル単体12)との絶縁、導体21(コイル単体12)と固定子鉄心11との絶縁、及び、導体21(コイル単体12)とウェッジ41との絶縁を補強するものである。なお、スロット内絶縁材43には、ガラスクロスと樹脂との積層複合材料が使用される。
 ウェッジ41は、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に固定するものである。なお、ウェッジ41には、ガラスクロスと樹脂との積層複合材料が使用される。
 従来のプリプレグマイカテープ30を使用する場合では、鉄心スロット13に挿入される2つのコイル単体12及び3つのスロット内絶縁材43と鉄心スロット13の内壁(溝側壁)との間に、間隙44が形成される場合がある。つまり、導体21の表面のマイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に、間隙44が形成される場合がある。このように、間隙44が形成される場合、課電時に、この間隙44で放電が発生する恐れがある。
 次に、本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する場合の、断面構成を説明する。
 図5Bは、本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する場合の、断面構成を説明する説明図である。
 本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する場合では、図5Bに示すように、鉄心スロット13に挿入される2つのコイル単体12及び3つのスロット内絶縁材43と鉄心スロット13の内壁との間に形成される間隙44が小さくなる。これは、後述するワニスの流動・硬化プロセスにより、本実施例におけるマイカ絶縁層22(本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37))から染み出したワニスが、マイカ絶縁層22の表面を被覆し、更に、間隙44を埋めるためである。つまり、ワニス45(間隙44を埋めるワニス45)が、間隙44に形成される。
 なお、ワニス45が、この間隙44を完全に埋めることが好ましい。これにより、課電時に、この間隙44に発生する放電を完全に抑制することができる。ただし、ワニス45が、この間隙44を完全に埋めることなく、この間隙44を小さくすることによっても、課電時に、この間隙44に発生する放電を抑制することができる。
 なお、3つの従来の方式では、間隙44における放電の発生を抑制するため、固定子巻線10に、コロナ防止層(d)や電界緩和層(e)が設置される場合がある(図4参照)。特に、電力用大型発電機などの高電圧及び高容量の発電機では、固定子巻線10に、コロナ防止層(d)や電界緩和層(e)が設置される。
 一方、本実施例に記載する回転電機は、こうした3つの従来の方式に対して、固定子巻線10と回転子コイルとを有し、固定子巻線10は、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、絶縁被覆した導体21及び特別なマイカ絶縁層22を有するコイル単体12(絶縁被覆した導体21にマイカ絶縁層22を形成したコイル単体12)と、を有する。つまり、本実施例に記載する回転電機は、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、絶縁被覆した導体21に特別なマイカ絶縁層22を形成したコイル単体12と、を有する固定子巻線10を有する。
 そして、この特別なマイカ絶縁層22は、基材33とマイカペーパ31とが接着剤32で接着され、半硬化状態のワニス(含浸ワニス)が含浸するマイカテープと、マイカテープの最表面に保持され、フィラーを含有する半硬化状態のワニス(追加ワニス)と、を有するプリプレグマイカテープにより形成される。
 つまり、コイル単体12は、絶縁被覆した導体21に形成される、含浸ワニス及び追加ワニスを有するマイカ絶縁層22を有する。
 更に、固定子巻線10は、鉄心スロット13にコイル単体12と共に挿入され、コイル単体12を保護するスロットライナ42と、コイル単体12を絶縁するスロット内絶縁材43と、コイル単体12、スロット内絶縁材43、スロットライナ42を、鉄心スロット13に固定するウェッジ41と、を有する。
 そして、コイル単体12と、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、により形成され、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸、保持され、マイカ絶縁層22から染み出したワニスを形成する。
 つまり、固定子巻線10を加熱することにより、含浸ワニス及び追加ワニスがマイカ絶縁層22から染み出し、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44を、これらワニスで埋め、固定子巻線10が作製される。これにより、課電時に、間隙44における放電の発生を抑制する。
 次に、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する、回転電機の製造方法、特に、固定子巻線10の製造方法を説明する。
 つまり、本実施例に記載する回転電機の製造方法は、特に、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、導体21にマイカ絶縁層22を形成したコイル単体12と、を有する固定子巻線10の製造方法であり、以下のSTEPを有する。
 STEP1:含浸ワニス(半硬化状態)及び追加ワニス(半硬化状態)を有するプリプレグマイカテープを、絶縁被覆した導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造する。
 つまり、STEP1では、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、その後、マイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を作製し、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を、導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造する。
 STEP2:STEP1で製造されるコイル単体12と共に、スロットライナ42とスロット内絶縁材43とを、鉄心スロット13に挿入し、その後、ウェッジ41を設置する。ウェッジ41により、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を固定し、中間段階の固定子巻線10(加熱前の固定子巻線10)を製造する。
 つまり、STEP2では、コイル単体12を、鉄心スロット13に、コイル単体12を保護するスロットライナ42、コイル単体12を絶縁するスロット内絶縁材43と共に挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に、ウェッジ41により固定し、中間段階の固定子巻線10を製造する。
 STEP3:その後、STEP2で製造される中間段階の固定子巻線10を加熱することにより、マイカ絶縁層22の含浸ワニス及び追加ワニスを、流動させる。
 そして、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸され、保持されたワニスが注入され(ワニスが流動し)、ワニス45が、間隙44を埋め、ワニス45が、間隙44に形成される。間隙44に埋められたワニス45は、その後、硬化する。
 つまり、STEP3では、中間段階の固定子巻線10を加熱し、マイカ絶縁層22に含浸され、保持されたワニスを、流動させ、コイル単体12と、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、により形成され、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸、保持され、流動したワニスを形成し、硬化させ、固定子巻線10(加熱後の固定子巻線10、最終段階の固定子巻線10)を製造する。
 このように、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用し、固定子巻線10を製造する場合には、絶縁被覆した導体21に、このプリプレグマイカテープを巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造し、鉄心スロット13に、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、ウェッジ41により固定し、固定子巻線10を製造する。
 そして、固定子巻線10を、ワニスの流動・硬化プロセスに基づき加熱し、含浸ワニス及び追加ワニスを、流動・硬化させ、固定子巻線10を製造する。流動する含浸ワニス及び追加ワニスは、マイカ絶縁層22の表面から染み出し、加熱前にあった間隙44を埋める。つまり、ワニス45が、間隙44に形成される。
 その結果、間隙44が小さくなり、又は、間隙44が完全に埋まり、課電時に、この間隙44で発生する恐れがある放電を抑制することができる。
 次に、本実施例に記載するコイル単体12の導体21に形成されるマイカ絶縁層22の最表面の断面を模式的に説明する。
 図6は、本実施例に記載するコイル単体12の導体21に形成されるマイカ絶縁層22の最表面の断面を模式的に説明する説明図であり、(a)1重の場合、及び、(b)2重(多重)の場合である。なお、プリプレグマイカテープ35を使用する場合を示す。ただし、プリプレグマイカテープ36又はプリプレグマイカテープ37を使用する場合も同様である。
 プリプレグマイカテープ35は、STEP1において、包帯(螺旋帯)を巻くように、一部をオーバーラップさせながら、導体21に巻回される。このため、STEP3において、固定子巻線10を加熱した際、プリプレグマイカテープ35に含浸するワニス(含浸ワニス)及びプリプレグマイカテープ35の最表面に形成されるフィラーを含有するワニス(追加ワニス)は、プリプレグマイカテープ35の表面及び端面から、マイカ絶縁層22の表面、及び、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に染み出す。
 つまり、加熱により粘度が低下した半硬化状態の含浸ワニス及び追加ワニスは、加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの初期段階において、プリプレグマイカテープ35の表面から、マイカ絶縁層22の表面に、染み出すようになると共に、図6(a)に示すように、プリプレグマイカテープ35の端面から、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46にも、染み出すようになる。
 このように、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープ35から、マイカ絶縁層22の表面に、及び、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に、染み出し、マイカ絶縁層22の表面に、及び、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成する。これにより、課電時に、発生する恐れがある放電を抑制することができる。
 特に、図6(b)に示すように、プリプレグマイカテープ35を多重に積層する場合、プリプレグマイカテープ35の積層方向の絶縁性は高い。ただし、積層されるプリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との界面には、隙間46が形成され、絶縁性の欠陥となる場合がある。
 そこで、本実施例では、特に、プリプレグマイカテープ35を多重に積層する場合(複数層にプリプレグマイカテープを巻回する場合)、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープ35の端面から、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に染み出す。
 このように、本実施例によれば、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との界面の耐部分放電特性を向上させることができる。
 なお、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープ35の端面からマイカ絶縁層22の表面にも染み出す。
 また、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)は、プリプレグ方式を使用する回転電機の製造方法、特に、固定子巻線10の製造方法にも使用することができる。
 そして、この場合における固定子巻線10の製造方法は、以下のSTEPを有する。
 STEP1では、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、その後、マイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を作製し、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を、導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、中間段階のコイル単体12を製造する。
 STEP2では、この中間段階のコイル単体12を加熱、加圧し、ワニスを熱硬化し、最終段階のコイル単体12を製造する。
 STEP3では、この最終段階のコイル単体12を、鉄心スロット13に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43と共に挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に、ウェッジにより、固定し、固定子巻線10を製造する。
 これにより、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープ35の端面から、マイカ絶縁層22の表面及びプリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に染み出す。
 そして、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との界面の耐部分放電特性を向上させることができる。
 次に、本実施例に記載する固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを模式的に説明する。
 図7は、本実施例に記載する固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを模式的に説明する説明図である。
 STEP3において、半硬化状態のワニスは、温度が上昇すると共に、ワニスの粘度が低下し、ワニスがゲル化し、更に温度が上昇すると、ワニスが硬化し始め、最後に全体のワニスが硬化する。つまり、加熱の初期段階において、ワニスの温度上昇により、マイカ絶縁層22の含浸ワニス及び追加ワニスの粘度が低下し、ワニスが、マイカ絶縁層22の表面、及び、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に染み出し、鉄心スロット13の内部を流動する。
 特に、固定子巻線10が加熱される際、固定子巻線10は軸中心に回転するため、染み出すワニスは、鉄心スロット13の内部を流動し易い。これにより、染み出すワニスが、加熱前にあった間隙44や隙間46を埋める。つまり、染み出すワニスが、間隙44や隙間46に形成される。これにより、課電時に、この間隙44や隙間46で発生する恐れがある放電を抑制することができる。
 <スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つに、半硬化状態のワニスを保持>
 なお、本実施例では、マイカ絶縁層22に半硬化状態のワニスを含浸、保持させ、更に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つにも、半硬化状態のワニスを保持させてもよい。
 なお、ワニスは、スロットライナ42のみ、スロット内絶縁材43のみ、ウェッジ41のみに保持されてもよい。また、ワニスは、スロットライナ42とウェッジ41とに保持され、スロットライナ42とスロット内絶縁材43とに保持され、ウェッジ41とスロット内絶縁材43とに保持されてもよい。
 そして、鉄心スロット13に、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41が設置された後に、固定子巻線10を加熱して、ワニスを流動・硬化させてもよい。
 つまり、本実施例では、固定子巻線10を加熱することにより、マイカ絶縁層22に含侵、保持されるワニスが流動し、更に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41にもワニスが保持される場合には、固定子巻線10を加熱することにより、これらに保持されるワニスの粘度も低下し、これらに保持されるワニスも、鉄心スロット13の内部を流動する。
 スロットライナ42にワニスが保持される場合には、ワニスは、フィルムや紙の表面(スロットライナ42の表面)に塗布(保持)され、フィルムや紙の空隙(内部)(スロットライナ42の空隙)に含浸(保持)される。
 スロット内絶縁材43にワニスが保持される場合には、ワニスは、スロット内絶縁材43の表面、特に、スロット内絶縁材43の表面であって、コイル単体12に対向する面に塗布(保持)される。
 ウェッジ41にワニスが保持される場合には、ワニスは、ウェッジ41の表面、特に、ウェッジ41の表面であって、スロット内絶縁材43に対向する面に塗布(保持)される。
 なお、コイル単体12や鉄心スロット13の大きさや形状に応じて、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41に保持されるワニスの量や半硬化状態の程度を調整する。また、固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを調整する。
 また、鉄心スロット13にワニスを補充してもよい。スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41に、ワニスを保持させることに限定されず、コイル単体12に、ワニスを直接塗布して、補充してもよい。
 スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つに使用されるワニスとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましく、含浸ワニス及び追加ワニスに使用されるワニスと同一のものを使用することが好ましい。
 そして、この場合における固定子巻線10は、鉄心スロット13に、コイル単体12と共に挿入される、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を鉄心スロット13に固定するウェッジ41と、を有し、コイル単体12と共に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つに半硬化状態のワニスを保持する。
 そして、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸、保持されたワニス、及び、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、ウェッジ41と、の少なくとも一つに保持されたワニスを、流動させる。
 つまり、この場合における固定子巻線10は、あらかじめワニスを含浸、保持したマイカ絶縁層22を有するコイル単体12と、あらかじめワニスを保持したスロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つと、を有し、鉄心スロット13に、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を挿入し、ウェッジ41により、これらを固定したものであってもよい。
 そして、この場合における固定子巻線10の製造方法は、以下のSTEPを有する。
 STEP1では、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、その後、マイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を作製し、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を、導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造する。
 STEP2では、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に固定するウェッジ41と、の少なくとも一つに、あらかじめ半硬化状態のワニスを保持させる。
 そして、コイル単体12を、鉄心スロット13に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43と共に挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に、ウェッジにより、固定し、中間段階の固定子巻線10を製造する。
 STEP3では、中間段階の固定子巻線10を加熱し、マイカ絶縁層22に含浸され、保持されたワニス、及び、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、ウェッジ41と、の少なくとも一つに保持されたワニスを、流動させる。
 そして、コイル単体12と、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、により形成され、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、これら流動したワニスを形成し、硬化させ、固定子巻線10(加熱後の固定子巻線10、最終段階の固定子巻線10)を製造する。
 <本実施例の効果>
 本実施例によれば、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用することにより、ワニスを真空加圧注入する製造設備や製造工程が不要となる。
 本実施例によれば、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44を、ワニス45(マイカ絶縁層22(プリプレグマイカテープ(35、36、37))から染み出す含浸ワニス及び追加ワニス)で埋めることができ、間隙44にフィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44における放電の発生を抑制することができる。
 本実施例によれば、マイカ絶縁層22の表面に、及び、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの界面の耐部分放電特性を向上させることができる。
 マイカ絶縁層22にボイドが残存すると、課電時に、放電が発生する恐れがある。このため、一体注入方式や単独注入方式においては、マイカ絶縁層22にボイドが残存しないように、ドライマイカテープの微細な空隙に、ワニスを注入する。通常、ドライマイカテープの微細な空隙に、長い時間をかけて、ワニスを真空含浸(真空加圧注入)させる。本実施例では、ドライマイカテープの微細な空隙に、長い時間をかけて、ワニスを真空含浸(真空加圧注入)させる必要はない。
 また、プリプレグ方式と相違し、コイル単体12を加圧せずに、ワニスを硬化させ、コイル単体12を製造することができる。このため、製造時間を短縮することができる。
 また、一体注入方式と相違し、固定子巻線10をワニスに浸漬する必要がないため、不必要な部位に余分なワニスが付着することがない。これにより、ワニスの使用量を削減することができる。また、例えば、ワニスが固定子巻線10の内周に付着した場合には、固定子巻線10と回転子コイルとの間のギャップに影響し、ワニスが固定子巻線10の外周に付着した場合には、固定子巻線10の冷却効率に影響する場合がある。
 このように、本実施例によれば、今後の回転電機において、マイカ絶縁層22のボイドや隙間46、間隙44における放電の発生を抑制し、絶縁信頼性の高い回転電機を提供することができる。
 また、本実施例によれば、回転電機(固定子巻線10)の製造に関する製造設備や製造工程を簡略化することができ、製造時間を短縮することができる。
 なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。
 10…固定子巻線、11…固定子鉄心、12…コイル単体、13…鉄心スロット、21…導体、22…マイカ絶縁層、30…従来のプリプレグマイカテープ、31…マイカペーパ、32…接着剤、33…基材、34…ワニス、35…本実施例のプリプレグマイカテープ、36…本実施例のプリプレグマイカテープ、37…本実施例のプリプレグマイカテープ、41…ウェッジ、42…スロットライナ、43…スロット内絶縁材、44…間隙、45…間隙44を埋めるワニス、46…隙間。

Claims (13)

  1.  基材とマイカペーパとが、接着剤により、接着されるマイカテープと、前記マイカテープの最表面に保持される、半硬化状態のワニスと、を有することを特徴とするプリプレグマイカテープ。
  2.  請求項1に記載するプリプレグマイカテープであって、
     前記半硬化状態のワニスは、フィラーを含有することを特徴とするプリプレグマイカテープ。
  3.  請求項2に記載するプリプレグマイカテープであって、
    前記マイカテープの最表面は、前記マイカペーパの最表面、又は/及び、前記基材の最表面であることを特徴とするプリプレグマイカテープ。
  4.  請求項2に記載するプリプレグマイカテープであって、
     前記基材及び前記マイカペーパのうち、少なくとも前記マイカペーパには、半硬化状態のワニスが含浸されることを特徴とするプリプレグマイカテープ。
  5.  鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有する回転電機であって、
     前記マイカ絶縁層は、基材とマイカペーパとが接着剤で接着される、半硬化状態のワニスが含浸するマイカテープと、前記マイカテープの最表面に保持され、半硬化状態のワニスと、を有するプリプレグマイカテープにより形成されることを特徴とする回転電機。
  6.  請求項5に記載する回転電機であって、
     前記半硬化状態のワニスは、フィラーを含有することを特徴とする回転電機。
  7.  請求項5に記載する回転電機であって、
     前記固定子巻線は、前記鉄心スロットに前記コイル単体と共に挿入される、前記コイル単体を保護するスロットライナと、前記コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と、を有し、
     前記コイル単体と、前記スロットライナと、前記スロット内絶縁材と、により形成され、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記マイカ絶縁層に含浸、保持され、前記マイカ絶縁層から流動したワニスを有することを特徴とする回転電機。
  8.  請求項7に記載する回転電機であって、
     前記スロットライナと、前記スロット内絶縁材と、前記鉄心スロットに、前記コイル単体、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材を固定するウェッジと、の少なくとも一つは、半硬化状態のワニスを保持し、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材、前記ウェッジ、の少なくとも一つから流動したワニスを有することを特徴とする回転電機。
  9.  鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有する回転電機の製造方法であって、
     基材とマイカペーパとを、接着剤で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、前記ワニスを半硬化状態にし、
     その後、前記マイカテープの最表面に、半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープを作製し、
     前記プリプレグマイカテープを、前記導体に巻回し、前記マイカ絶縁層を形成し、前記コイル単体を製造し、
     前記コイル単体を、鉄心スロットに、前記コイル単体を保護するスロットライナ、前記コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と共に挿入し、
     前記コイル単体、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材を、前記鉄心スロットに固定し、中間段階の固定子巻線を製造することを特徴とする回転電機の製造方法。
  10.  請求項9に記載する回転電機の製造方法であって、
     前記中間段階の固定子巻線を加熱し、前記マイカ絶縁層に含浸され、保持されたワニスを、流動させ、
     前記コイル単体と、前記スロットライナと、前記スロット内絶縁材と、により形成され、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記マイカ絶縁層に含浸、保持され、流動したワニスを形成し、硬化させ、前記固定子巻線を製造することを特徴とする回転電機の製造方法。
  11.  請求項10に記載する回転電機の製造方法であって、
     前記スロットライナと、前記スロット内絶縁材と、前記鉄心スロットに、前記コイル単体、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材を固定するウェッジと、の少なくとも一つに、あらかじめ半硬化状態のワニスを保持させ、
     前記中間段階の固定子巻線を加熱し、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記マイカ絶縁層に含浸、保持されたワニス、及び、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材、前記ウェッジの少なくとも一つに保持されたワニスを流動、硬化させ、前記固定子巻線を製造することを特徴とする回転電機の製造方法。
  12.  請求項9に記載する回転電機の製造方法であって、
     前記プリプレグマイカテープが保持する半硬化状態のワニスは、フィラーを含有することを特徴とする回転電機の製造方法。
  13.  鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有する回転電機の製造方法であって、
     基材とマイカペーパとを、接着剤で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、前記ワニスを半硬化状態にし、
     その後、前記マイカテープの最表面に、半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープを作製し、
     前記プリプレグマイカテープを、前記導体に巻回し、前記マイカ絶縁層を形成し、中間段階のコイル単体を製造し、
     前記中間段階のコイル単体を加熱、加圧し、最終段階のコイル単体を製造し、
     前記最終段階のコイル単体を、鉄心スロットに、コイル単体を保護するスロットライナ、コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と共に挿入し、固定子巻線を製造することを特徴とする回転電機の製造方法。
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